不同條件下含油海底微生物燃料電池性能及降解效應(yīng)研究.pdf

1、海底石油污染物在缺氧環(huán)境下，其生物降解過程緩慢，對(duì)海洋環(huán)境造成長期危害。本研究擬開發(fā)一種海底或?yàn)l海灘涂污染物治理新技術(shù)，即利用海底微生物燃料電池(BMFCs)的電催化作用，實(shí)現(xiàn)原位生物修復(fù)的同時(shí)促進(jìn)微生物的代謝，從而加速海底沉積層中石油污染物的降解。
　　BMFCs的工作原理是:海底沉積層中的細(xì)菌不斷分解有機(jī)污染物（如石油污染物），產(chǎn)生電子，陽極埋入海泥，陰極浸入海水，電子通過附著細(xì)菌轉(zhuǎn)移到陽極上，再經(jīng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到陰極，陰極浸入海水

2、，溶解氧消耗電子生成H2O，由此形成連續(xù)不斷的電流。為了探究BMFCs對(duì)石油的降解效果及自身性能的變化，本論文開展了不同條件下含油BMFCs的電化學(xué)性能和降解效應(yīng)的研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)利用BMFCs原理，通過電催化作用提高海底石油污染物的降解速率。對(duì)比測試了含油電池裝置(BMFCs-A)與無油電池裝置(BMFCs-B)的電化學(xué)性能，研究了石油污染物對(duì)電池性能的影響;比較了含油通路(BMFCs-A)和斷路狀態(tài)下(BM

3、FCs-C)的石油降解率和細(xì)菌聚集量，分析了BMFCs對(duì)石油污染物降解的加速作用。結(jié)果表明，BMFCs-A和BMFCs-B陽極的交換電流密度分別為1.37×10-2A·m-2和1.50×10-3 A·m-2，最大輸出功率密度分別是105.79 mW·m-2和83.60 mW· m-2，BMFCs-A裝置的抗極化能力增強(qiáng)，交換電流密度提高近9倍，最大輸出功率密度提高1.27倍。BMFCs-A和BMFCs-C陽極表面的異養(yǎng)菌數(shù)量分別是66±

4、3.61×107 cfu·g-1和7.3±2.08×107 cfu·g-1，細(xì)菌數(shù)量增加了8倍，高的異養(yǎng)菌數(shù)量導(dǎo)致石油降解加速進(jìn)行，BMFCs的石油降解率是自然條件下的18.7倍。含油BMFCs在電化學(xué)性能提高的同時(shí)，加速石油污染物的降解。同時(shí)，提出了一種海底微生物燃料電池加速降解石油污染物的新模式。
　　(2)糖脂類生物表面活性劑可以提高石油烷烴類降解率，在含油BMFCs中添加不同濃度的鼠李糖脂研究電池性能及降解效應(yīng)。結(jié)果表明，

5、添加鼠李糖脂后陽極的潤濕性提高，交換電流密度、最大輸出功率密度變大，抗極化能力增強(qiáng)，石油降解率提高。當(dāng)鼠李糖脂的濃度為200 mg· L-1時(shí)效果最好，與空白BMFCs相比，接觸角為48°，降低了一倍;交換電流密度為4.87×10-2A·m-2，提高了38倍;最大輸出功率密度為140.24 mW·m-2，提高了2倍多;石油降解率提高2倍多。提出了鼠李糖脂和BMFC加速石油污染物降解的新模式。本研究對(duì)BMFCs加速降解海底石油污染物具有指

6、導(dǎo)意義。
　　(3)為了探究氨改性陽極對(duì)含油BMFCs性能及降解效應(yīng)的影響，對(duì)陽極進(jìn)行氨水改性和NH4HCO3電化學(xué)氧化改性。經(jīng)改性，電極和電池性能均得到提高，且NH4HCO3電化學(xué)氧化改性效果最好。經(jīng)NH4HCO3電化學(xué)氧化改性的BMFCs交換電流密度和最大輸出功率密度分別為2.57×10-2 A·m-2和152.87 mW·m-2，約是未改性BMFCs的5倍，石油降解率提高8倍。NH4HCO3電化學(xué)氧化改性方法顯著提高了電池性