生物電化學(xué)系統(tǒng)回收混合金屬鎘銅鉻的離子交換膜效應(yīng).pdf

1、生物電化學(xué)系統(tǒng)(BESs)是微生物燃料電池(MFCs)和微生物電解池(MECs)的統(tǒng)稱，以微生物為催化劑直接將有機(jī)物或無(wú)機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。經(jīng)典的雙室生物電化學(xué)系統(tǒng)由陰極室、陽(yáng)極室和隔離膜組成。具有氧化性的重金屬如Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Fe(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)等，均可以在雙室BESs的陰極被有效還原，為實(shí)現(xiàn)BESs陽(yáng)極去除有機(jī)污染物、陰極回收重金屬的多功效提供了有效途徑。雖然多人已開(kāi)展了基于陰離子交換膜(AEM)、陽(yáng)離子交換

2、膜(CEM)、質(zhì)子交換膜(PEM)或雙極膜的雙室BESs回收重金屬的研究，但系統(tǒng)比較不同離子交換膜對(duì)BESs回收不同金屬的研究還鮮有報(bào)道?；诖?，本研究以常用的CEM、AEM、兩種Nafion膜(115型、212型)為研究對(duì)象，以混合重金屬Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)為陰極液，以乙酸為陽(yáng)極底物、磷酸緩沖液為陽(yáng)極液，考察不同類(lèi)型離子交換膜條件下的BESs性能。研究結(jié)果為實(shí)現(xiàn)高效的BESs陽(yáng)極去除有機(jī)物同步陰極回收混合金屬鉻銅鎘提供初

3、步的理論依據(jù)與保證。
　　結(jié)果表明，(1)四種膜在開(kāi)路條件下均比閉路條件下的金屬透過(guò)率高。其中，Nafion212的金屬透過(guò)率最高，在開(kāi)路條件、運(yùn)行96小時(shí)、三種金屬初始濃度均為10mM時(shí)，Cu(Ⅱ)透過(guò)Nafion212的百分比最大為29.1±0.2％，是閉路條件下的5.3倍。(2)降低初始金屬離子濃度，增加金屬透過(guò)離子交換膜的百分率。其中，AEM的透過(guò)率最大。在閉路條件下，金屬初始濃度均為1.0mM、運(yùn)行96小時(shí)，高達(dá)5.8±

4、0.8％的Cr(Ⅵ)透過(guò)AEM，是初始分別為10mM時(shí)的1.9倍。(3)四種膜的陽(yáng)極陰離子在開(kāi)路條件均比閉路條件下的透過(guò)率高，其中，CH3COO-對(duì)AEM的透過(guò)百分比最大，是閉路條件下的1.3倍。(4)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，膜性能下降，第7周期(90天)后，AEM的功率密度由初始時(shí)的360mW/m2下降為30mW/m2，降低78.9％，EIS分析表明，膜內(nèi)阻由2.4Ω升高至18Ω，是新膜的6.2倍。經(jīng)清洗后不同膜的活性均有所恢復(fù)。其中Na