基于過(guò)硫酸鹽活化技術(shù)的微生物燃料電池研究.pdf

1、隨著能源的持續(xù)緊缺和環(huán)境危機(jī)的日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境不構(gòu)成污染的新型可再生能源來(lái)代替石油、煤等主要燃料顯得越來(lái)越重要。微生物燃料電池(MFC)作為新型可再生能源中的一種，是微生物技術(shù)與電池技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種利用微生物為催化劑來(lái)催化燃料并使其轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它在有效處理廢水的同時(shí)能夠產(chǎn)生電能，因此近幾年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。然而MFC的發(fā)展面臨著瓶頸，提高M(jìn)FC的產(chǎn)電功率和去除難降解有機(jī)物的效率是需要解決的兩個(gè)問(wèn)題。目前MFC產(chǎn)電能力

2、不高很重要的一個(gè)原因就是陰極側(cè)的電子受體的活化損失。很多研究者提出了應(yīng)用可溶性的電子受體(如鐵氰酸鉀等)減少活化損失以提高M(jìn)FC的性能。偶氮染料廢水具有CODcr高、組成成分復(fù)雜、難降解物質(zhì)多、色度大等特點(diǎn)，是染料廢水脫色或降解中的難題。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出亞鐵活化的過(guò)硫酸鹽為陰極液的MFC，反應(yīng)中可以產(chǎn)生氧化性很強(qiáng)的自由基，這有利于MFC產(chǎn)電能力的提高和有機(jī)污染物的降解。
　　為了改善MFC的產(chǎn)電性能，本文首次提出并構(gòu)建了K2

3、S2O8-Fe2+體系為陰極液的“H”型MFC，用亞鐵離子活化過(guò)硫酸鹽產(chǎn)生硫酸根自由基，有效的提高了微生物燃料電池的產(chǎn)電性能。分別同以K2S2O8和Fenton體系作為陰極液的MFC進(jìn)行了比較，實(shí)驗(yàn)得出K2S2O8-Fe2+體系為陰極液的MFC不僅在產(chǎn)電方面要優(yōu)于其他兩種陰極液，而且在穩(wěn)定性方面比Fenton體系表現(xiàn)更好。另外還考察了連續(xù)運(yùn)行條件下以K2S2O8-Fe2+體系為陰極液的MFC。本文研究了K2S2O8-Fe2+體系作為陰極

4、液影響MFC產(chǎn)電的因素，即K2S2O8同F(xiàn)e2+的初始濃度比和初始pH。一般情況下，亞鐵離子含量越高催化過(guò)硫酸鉀產(chǎn)生的硫酸根自由基的數(shù)量就越多，從而提高了產(chǎn)電。然而過(guò)量的亞鐵離子會(huì)消耗硫酸根自由基，從而使MFC產(chǎn)電降低。實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)K2S2O8和Fe2+初始濃度比為2:1時(shí)，微生物燃料電池產(chǎn)電最高，其最大功率密度達(dá)到401 mW m-2。K282O8-Fe2+體系為陰極液時(shí)MFC受pH影響較小，產(chǎn)電較穩(wěn)定，總體表現(xiàn)為pH值越大K2S2O8

5、-Fe2+體系的MFC輸出電壓越低。
　　本文還提出了用Fe(Ⅱ)-EDTA催化K2S2O8作為MFC的陰極液來(lái)降解偶氮染料Orange G(OG)。Fe(Ⅱ)-EDTA可催化K2S2O8產(chǎn)生硫酸根自由基(SO4)，EDTA可以控制亞鐵離子的濃度，提高OG降解效率。本文研究了陰極pH、Fe2+初始濃度、K2S2O8初始濃度及EDTA初始濃度對(duì)OG降解和MFC產(chǎn)電的影響。實(shí)驗(yàn)還考查了OG在陰極液中降解的UV-Vis光譜并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)

6、分析。在保證OG有效降解的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)選擇消耗K2S2O8較少，產(chǎn)電較好的物質(zhì)濃度為最優(yōu)條件，最優(yōu)條件如下：[OG]=0.1 mmol L-1，[K2S2O8]=4.0 mmol L-1，[Fe2+]=1.0 mmol L-1，[EDTA]=1.0 mmol L-1，pH=3.0。優(yōu)化條件下，反應(yīng)12 h后OG的去除率為97.4％，K2S2O8剩余47.3％，反應(yīng)過(guò)程中MFC最大功率密度為91 mW m-2。從OG的UV-Vis光譜圖中可