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文檔簡介
1、微生物燃料電池是一種利用微生物新陳代謝將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的生物反應器。近年來作為廢水處理的新技術和可再生能源利用的新方式,微生物燃料電池受到人們的廣泛關注。而目前硫酸鹽廢水生物處理過程中,硫酸鹽還原菌產(chǎn)生硫化氫抑制系統(tǒng)中細菌的活性,直接導致處理工藝的失效;且硫化氫的釋放污染空氣、危害人類健康,直接導致水泥和金屬的腐蝕破壞,迫切需要開發(fā)新的可持續(xù)處理技術。本研究旨在利用硫酸鹽還原菌作為活性菌構建微生物燃料電池,處理硫酸鹽廢水、獲得電能
2、、回收資源。
首先以普通碳布為陽極,載鉑碳紙為陰極,硫酸鹽還原菌為陽極活性菌構建了單室空氣陰極微生物燃料電池。電池最大輸出功率密度為23 mW m-2(766.67mW m-3),COD 降解率為55.6[%]。采用循環(huán)伏安法研究了硫酸鹽還原菌的電化學活性及其電子轉(zhuǎn)移過程;結(jié)合表面分析技術掃描電鏡、X-射線能譜分析及X-射線光電子能譜闡明了SRB 生物膜在碳布陽極上的電子轉(zhuǎn)移機理,即SRB 將硫酸鹽還原成為硫負離子,后者在
3、電極上被氧化成為單質(zhì)硫或聚硫,同時將電子傳遞至電極;當電位較高時,單質(zhì)硫或聚硫也能被進一步氧化生成亞硫酸鹽或硫酸鹽。采用交流阻抗法研究了電池陽極阻抗,并構建等效電路模擬了吸附有生物膜陽極的阻抗構成。
另外還研究了陽極材料和陰極催化劑對電池產(chǎn)電的影響。以開路電位和陽極阻抗為參數(shù)評價了碳布、碳紙和自制聚苯胺/二氧化鈦陽極的性能,結(jié)果顯示碳紙陽極所對應的開路電位最高、阻抗最小,顯示了其作為陽極材料的優(yōu)越性。以負載兩端外電壓和陰極
4、阻抗為參數(shù)評價了不同陰極催化劑的性能,結(jié)果表明,催化劑能顯著提高輸出電壓,極大地降低反應的電子轉(zhuǎn)移電阻;而且金屬大環(huán)配合物鐵酞菁作為陰極催化劑的效果明顯優(yōu)于二氧化錳。
最后以SRB 為陽極活性菌、脫氮硫桿菌為陰極活性菌構建了雙室MFC,電池開路電位為430mV,負載1kΩ定值電阻的外電壓為100mV。采用循環(huán)伏安法證明了脫氮硫桿菌的電化學活性。X-射線光電子能譜研究了其陽極SRB的電子傳遞機理,結(jié)果與單室一致。此外采用交流
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