微生物燃料電池降解鄰苯二甲酸酯及其同步產(chǎn)電性能的基礎(chǔ)研究.pdf

1、能源是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是支撐工業(yè)和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的必要元素。面對(duì)能源供應(yīng)持續(xù)緊缺、能源利用效率偏低、能源價(jià)格過(guò)高以及環(huán)境危機(jī)日益凸顯的嚴(yán)峻形勢(shì)，開(kāi)發(fā)新型可再生替代能源越來(lái)越重要。微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)是近年來(lái)新興的一種清潔能源技術(shù)，通過(guò)微生物的催化作用氧化分解有機(jī)底物，同時(shí)產(chǎn)生回路電流，將有機(jī)底物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，在實(shí)現(xiàn)有機(jī)物高效降解的同時(shí)穩(wěn)定地向外輸出電能。本文嘗試以易降

2、解有機(jī)物作為共基質(zhì)，研究MFC對(duì)鄰苯二甲酸酯類(lèi)物質(zhì)（PAEs）的降解，同時(shí)獲取電能，為環(huán)境激素類(lèi)有毒難降解有機(jī)物的高效低耗處理提供一種新的研究思路。
　　質(zhì)子交換膜是 MFC的核心組件，目前使用最廣泛的Nafion全氟磺酸膜因制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本過(guò)高，不利于燃料電池的推廣應(yīng)用。本文通過(guò)接枝改性制備PVDF-g-SSS質(zhì)子交換膜，并將其應(yīng)用于雙室微生物燃料電池系統(tǒng)，研究MFC的產(chǎn)電性能和有機(jī)質(zhì)降解效果，探討PVDF-g-SSS接枝

3、膜作為Nafion替代膜的可能性，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。
　　研究結(jié)果表明，分別以乙酸鈉（NaAc）、乙酸鈉+鄰苯二甲酸酯（PAEs）的混合物作陽(yáng)極燃料，MFC的最大輸出電壓分別為353 mV（2 g/L NaAc），226 mV（2 g/L NaAc+10 mg/L PAEs），278 mV（2 g/L NaAc+30 mg/L PAEs），360 mV（2 g/L NaAc+50 mg/L PAEs），相應(yīng)的最大（面積）功率

4、密度分別為25.47 mW/m2，58.78 mW/m2，49.39 mW/m2，40.82 mW/m2（按外電阻1000?和陽(yáng)極截面積計(jì)算）。電池的輸出電壓曲線均呈現(xiàn)規(guī)律的三個(gè)階段：上升階段、穩(wěn)定階段、下降階段，但不同燃料的產(chǎn)電能力有所不同，NaAc+PAEs作混合燃料的輸出功率明顯高于NaAc作單一燃料的輸出功率，而PAEs濃度為10 mg/L時(shí)，MFC獲得最大輸出功率，這反映了產(chǎn)電微生物對(duì)不同濃度、不同燃料的選擇性。同時(shí)，MFC對(duì)

5、 PAEs的降解效率以及COD的去除率分別達(dá)到70％和89%以上。MFC在閉路條件下運(yùn)行對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解效率高于開(kāi)路條件下的降解效率，這表明微生物燃料電池可能促進(jìn)了微生物對(duì)鄰苯二甲酸酯類(lèi)物質(zhì)的利用與分解，從而提高了有機(jī)質(zhì)的降解效率。
　　保持運(yùn)行條件相同，將PVDF-g-SSS接枝膜應(yīng)用于雙室MFC，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，分別獲得最大輸出電壓246 mV（2 g/L NaAc+10 mg/L PAEs），259 mV（2 g/L NaA

6、c+30 mg/L PAEs），333 mV（2 g/L NaAc+50 mg/L PAEs），相應(yīng)的最大（面積）功率密度分別為23.28 mW/m2，26.67 mW/m2，33.80mW/m2。MFC對(duì)PAEs的降解效率以及COD的去除率可與N-117型Nafion膜達(dá)到同一水平。
　　綜上所述， MFC可有效處理PAEs同時(shí)穩(wěn)定地向外輸出電能，這為鄰苯二甲酸酯類(lèi)有毒難降解污染物的高效低耗處理提供了一種新的途徑。PVDF-g-