生物陰極MECs-MFCs自驅動系統(tǒng)回收銅鈷與抑制劑效應.pdf

1、銅和鈷廣泛存在于微電子領域，如鋰離子電池中。考慮到銅鈷天然礦石的稀缺和廢舊鋰離子電池的環(huán)境污染，從廢舊鋰離子電池中回收銅鈷是人們關注的熱點。新近發(fā)展的生物電化學系統(tǒng)(bioelectrochemical systems，BESs)在處理重金屬方面展現(xiàn)著明顯的優(yōu)勢。雖然已經開發(fā)了微生物燃料電池(microbial fuel cells，MFCs)驅動微生物電解池(microbial electrolysis cells，MECs)的自驅動

2、系統(tǒng)處理Cu(Ⅱ)與Co(Ⅱ)，但MECs的陰極為化學陰極，系統(tǒng)處理Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的速率較慢。因此，有必要發(fā)展新型的MECs-MFCs自驅動系統(tǒng)，實現(xiàn)高效的Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)去除。生物陰極BESs是利用微生物為催化劑的反應器，具有化學陰極不可比擬的優(yōu)勢。開發(fā)生物陰極MECs-MFCs具有提高Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)回收速率的潛力。另一方面，生物陰極的電子傳遞機制，特別是陰極電極、微生物、電子受體間的關系與作用都還知之甚少。而呼

3、吸鏈抑制劑和銅濃度可能是影響還原Cu(Ⅱ)生物陰極MFCs中電極、微生物與Cu(Ⅱ)受體間關系的關鍵因素?；诖耍狙芯?1)構建生物陰極MECs-MFCs的自驅動系統(tǒng)，以期提高Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)回收速率;(2)分別考察不同銅濃度、呼吸鏈抑制劑魚藤酮和2，4-DNP對純菌構建的生物陰極MFCs還原銅性能影響，以期剖析不同電化學生物催化劑下的陰極電極、微生物、Cu(Ⅱ)電子受體間的關系。
　　主要結論如下:
　　(1)生物

4、陰極MECs-MFCs的自驅動系統(tǒng)在Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)初始濃度為50 mg/L和40mg/L時的處理速率分別為6.0±0.2 mg/(L·h)和5.3±0.4 mg/(L·h)，是化學陰極MECs-MFCs對照系統(tǒng)的1.7和3.3倍;MFCs中較高的初始Cu(Ⅱ)濃度和較小的陰極工作體積不僅能提高Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的處理速率(分別為115.7 mg/(L·h)與6.4 mg/(L·h))，且能產氫(0.05±0.00 mol/m

5、ol COD)。生物陰極的宏基因組分析表明，Proteobacteria占總菌群的67.9％，其次為Firmicutes(14.0％)，Bacteroidetes(6.1％)，Tenericutes(2.5％)，Lentisphaerae(1.4％)和Synergistetes(1.0％)。
　　(2)從混菌馴化的生物陰極MFCs中分離并鑒定出4株菌，暫分別命名為Stenotrophomonas maltophilia JY1、C

6、itrobacter sp.JY3、Pseudomonas aeruginosa JY5和Stenotrophomonas sp.JY6。改變初始Cu(Ⅱ)濃度、添加抑制劑不改變Stenotrophomonasmaltophilia JY1和Pseudomonas aeruginosa JY5的系統(tǒng)電流和銅還原率，說明這兩株菌并沒有對電極到Cu(Ⅱ)之間的電子傳遞產生促進作用;而提高銅濃度可增加Citrobactersp.JY3和Ste

7、notrophomonas sp.JY6的系統(tǒng)電流和銅還原率，證明這兩株菌的存在與電極到Cu(Ⅱ)之間的電子傳遞相關;但添加抑制劑時，Citrobacter sp.JY3的電流與銅還原率都不受影響，表明其胞內電子傳遞可能并沒有參與Cu(Ⅱ)從電極得電子的過程;而Stenotrophomonas sp.JY6的胞內電子傳遞與電極到細胞的電子傳遞過程相關，因為在抑制劑作用時，呼吸鏈受到影響的同時，系統(tǒng)電流和銅還原率也隨之降低。該結果表明，還