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      聚合氯化鋁高濃度難降解有機廢水處理

      作者:力源供水 來源:原創 日期:2017/8/11 8:55:24 人氣:103

             微生物燃料電池(microbial fuel cell, MFC)是一種集污水處理及產能于一體的廢水資源型技術,具有反應條件溫和、能量高效利用、生物修復和水體污染同步治理等優點.至今已用于多種有機廢水處理的研究,如苯酚、釀酒廢水、制藥廢水等.其本質是利用陽極微生物細胞中酶的代謝作用氧化有機物產生電子,電子通過中介體傳遞至陽極,故陽極是微生物附著、生長、降解底物和電子傳遞的直接場所,同時陽極材質決定著陽極電位,終決定微生物的代謝途徑,影響MFC的輸出功率.因此,陽極是影響MFC性能的一個重要指標.

              電氣石是一種復雜的自發電極性硼硅酸鹽礦物,可以產生電場和遠紅外線,使水的活性提高,水分子結構發生改變,進而提高陽極的生物親和性,加強生物代謝能力.此外,電氣石表面帶正電荷的離子有利于吸附帶負電荷的微生物,從而加快MFC啟動.當電氣石含量為0.10 g時,MFC系統性能佳.

             聚合氯化鋁高濃度難降解有機廢水處理 由于MFC產電菌群主體為異化金屬還原菌,與過渡態金屬親和性較強,因此研究者使用過渡態金屬/金屬氧化物作為電極修飾物,二氧化錳(manganese bioxide,MnO2)以其高理論比容在過渡金屬氧化物中脫穎而出,成為研究熱點. Gong等研究發現MnO2的加入使得微生物多樣性是不加MnO2的兩倍.但MnO2電導率較低,不利于其電容性能的發揮. Yuan等利用水合法制備多壁MnO2/聚吡咯/納米MnO2材料(NT-MPM),并用于修飾MFC陰極.但目前使用的MnO2摻雜的復合物均存在制備方法復雜、原料價格較昂貴等問題.而埃洛石納米管(halloysite nanotube,HNT)是一種天然的黏土礦物,其多孔結構能使MnO2均勻分散在表面,提高比表面積,利于細菌吸附.因此以HNT作為MnO2的基體,提高MFC性能.同時經研究發現,質量分數75% MnO2/HNT具有高的電化學性能,獲得大功率密度為767.37 mW ·m-2.

              Xie等利用碳納米管(carbon nanotube, CNT)修飾聚氨酯海綿陽極,該MFC處理生物污水所獲得的功率密度(182 mW ·m-2)是其他同類的2.5倍. Peng等發現CNT有利于Shewanella oneidensis與電極間的細胞傳遞.但Wu等與Flahaut等指出純碳納米管有細胞毒性,可能導致細胞死亡和增殖抑制.研究者因此認定純碳納米管不適合用于MFC陽極,但可以通過改性來減少其細胞毒性.多壁碳納米管(multi-walled carbon nanotube,MWCNT)具有較大的比表面積、良好的導電性能、較好的化學穩定性、良好的電學性能、高催化活性以及易于和多種基團反應等優點.而羧基親水基團的引入,可以增加陽極表面的粗糙程度,有利于微生物的吸附和電子傳遞.

              精對苯二甲酸(pure terephthalic acid, PTA)是一種常見的含有高化學能的有機污染物,為了研究不同改性陽極對MFC的實際應用性的影響,本文以PTA廢水作為MFC底物,選取0.10 g的電氣石、75% m(MnO2)/m(HNT)和MWCNT-COOH作為陽極修飾物,通過功率密度、庫侖效率、塔菲爾曲線等參數考察不同修飾物對微生物燃料電池性能的影響,通過底物去除率及化學需氧量(chemical oxygen demand, COD)去除率評價3種修飾物對PTA廢水的降解效果,以期為微生物燃料電池應用于處理高濃度難降解有機提供科學依據.


        標簽:聚合氯化鋁高濃度難降解有機廢水處理
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