鐵-碳電極MFCs產(chǎn)電和高氯酸鹽降解性能研究.pdf

1、微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells，MFCs）是以產(chǎn)電微生物的催化降解作用將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能的綠色能源技術(shù)。鐵/碳材料獨特的吸附和降解性能在水污染治理方面優(yōu)勢突出，將鐵/碳材料用于MFCs中，在獲得電能的同時實現(xiàn)污染物的高效治理。
　　本研究將Fe/C顆粒負載于MFCs陰極和陽極上，探究運行周期內(nèi)系統(tǒng)的產(chǎn)電量，功率密度以及電極的極化現(xiàn)象，分析Fe/C顆粒作為催化材料使用的可行性。為更好的發(fā)揮鐵/碳材料在地下

2、水污染治理中的優(yōu)勢，耦合MFCs的產(chǎn)電性能，進一步研究了持久性污染物質(zhì)高氯酸鹽（Perchlorate，ClO4-）在MFCs中的降解，探討了單因素實驗中Fe/C顆粒對ClO4-降解的吸附性能，溶氧條件和最適pH條件，之后將Fe/C顆粒（Fe/C）、鐵片（IS）、鐵粉（Fe0）、空白碳氈（CF）、活性炭（AC）作為MFCs陰極材料構(gòu)建雙室MFCs。在反應器運行期間，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性，停留時間，不同外阻負載，周期運行后陰陽極電勢，陰陽極液p

3、H變化，以及ClO4-和其分解產(chǎn)物的濃度變化進行了分析，最后通過N2吸附-脫附等溫線和X射線光電子能譜（XPS）對陰極材料的孔徑結(jié)構(gòu)、比表面積和表面元素等進行表征。實驗中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)同時發(fā)生著各種復雜的電化學過程，如 MFCs自身產(chǎn)電過程，陰極材料和 ClO4-污染物之間發(fā)生的吸附、共沉降和化學反應過程，兩電極間的電勢和pH變化過程等。結(jié)果證明在不輸入外部能量，且不需單獨培養(yǎng)高氯酸鹽還原菌（Perchlorate Reducing Bact

4、eria，PCRB），系統(tǒng)負載100Ω外阻時可實現(xiàn)ClO4-高效去除。在含鐵MFCs系統(tǒng)中Fe/C、IS、Fe0的ClO4-最高去除速率為18.96、10.24、15.84 mg/L/day。非鐵MFCs系統(tǒng)中，CF和AC系統(tǒng)的ClO4-最高去除速率為14.37和19.78 mg/L/day。鐵/碳材料負載于MFCs陰極載體上能快速降解ClO4-，ClO4-降解產(chǎn)物主要是 Cl-，但是氯的回收率低于理論計算值，氯回收的不平衡性主要是由于