本文關鍵詞：采用微生物燃料電池從尾礦中回收鐵的技術研究

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【摘要】：近年來,微生物燃料電池(MicrobialFuelCell,MFC)技術因可回收污水或固體廢棄物中的化學能,并將其直接轉化為清潔的電能,已成為當前環(huán)境生物技術領域的研究熱點。有關MFC技術的研究日新月異,其應用領域也在快速拓展,MFC已成為具有極大潛在應用價值的污染治理及生物質能轉化技術之一。目前,隨著人們對礦產資源的大量開采,高品位、易選礦產資源已日趨減少,剩下的是一些尾礦和低品位礦物,它們不僅占用大量土地,而且對生態(tài)環(huán)境造成污染,因此,回收尾礦中的資源具有一定的經濟效益,而微生物浸出技術在回收利用低品位礦物方面具有一定優(yōu)勢,但是目前傳統(tǒng)的微生物浸出率還比較低,如何進一步提高尾礦中金屬浸出率已成為一大問題。在微生物浸出技術中,如在生物化學反應中加入電化學過程,可能會加快浸出反應的進程,有利于微生物浸礦。本研究以磁黃鐵礦尾礦為例,以FeS為其模擬物,置于雙室MFC的陽極室,同時接種浸礦微生物,將MFC技術和微生物浸出技術結合起來,構建FeS-MFC體系,不僅是微生物浸出技術的創(chuàng)新,而且拓展了微生物燃料電池的應用領域,具有一定的學術價值和實踐意義。主要研究內容和結果如下:(1)研究了獲得硫氧化菌母液的馴化方法、FeS-MFC裝置的啟動方法及采用MFC技術浸礦的可行性,并通過研究FeS濃度對電壓產生及鐵離子浸出的影響規(guī)律,尋求適宜的FeS濃度。結果表明,以FeS為能源馴化硫氧化菌,其濃度為25g/L時,有利于浸礦微生物的馴化,陽極室FeS濃度為25g/L時,最高輸出電壓為654.3mV,最大功率密度為1082mW/m2,相應的鐵離子浸出率為36.2%,表明利用MFC技術浸出FeS模型物是可行的。(2)對比研究了對照組、接種微生物母液FeS-MFC組和傳統(tǒng)微生物浸出組電壓和功率密度的變化,研究了FeS-MFC裝置的運行特性。結果表明,接種微生物母液FeS-MFC反應器的穩(wěn)定輸出電壓為690.4mV,功率密度為1343mW/m2,與對照組相比,提高了3倍多,其陽極CV曲線呈現(xiàn)出明顯的氧化還原峰。在浸出過程中馴化微生物母液(含硫氧化菌)可進一步氧化FeS轉化產生的中間產物元素硫,緩解其沉積導致的電極及FeS表面鈍化現(xiàn)象,在促進MFC產電的同時,提高鐵離子的浸出效率,另外發(fā)現(xiàn)微生物催化作用及通路狀態(tài)不僅有利于體系電壓輸出和鐵離子浸出,也可加快鐵離子浸出的速率,開展MFC浸礦技術基礎研究,進一步探索浸出機理和工藝,提高能量回收率,具有重要的理論和實踐意義。(3)研究了傳統(tǒng)生物浸出組和接種FeS-MFC組硫化亞鐵的電鏡照片和EDX分析,陽極微生物活性分析,并對微生物燃料電池浸出FeS的氧化機理進行分析。結果表明,接種微生物母液FeS-MFC反應器中微生物活動較為劇烈,是其電能和浸出率均較高的重要原因,在傳統(tǒng)生物浸出組和接種FeS-MFC組中,硫桿菌微生物可以將元素硫氧化為硫酸鹽,有效的阻止硫化亞鐵礦物表面硫膜形成的鈍化,對于硫化亞鐵礦物的浸出有積極作用,在MFC浸出FeS系統(tǒng)中,FeS的氧化浸出以直接作用機理為主。(4)考察了利用單室MFC技術處理浸出液的研究,探討了在不同pH條件下,產電量的不同和功率密度曲線的變化,并根據最優(yōu)的pH條件處理浸出液,研究了陰極和陽極電勢、電壓的變化,同時對浸出前后鐵離子的變化進行分析,利用電鏡觀察陰極和陽極產生沉淀和電極表面形態(tài),并對沉淀做XPS元素分析。結果表明,pH值4.5較適宜采用單室MFC回收浸出液中的鐵離子,也能產生較高電能,對產生沉淀分布進行分析可知陽極產生的沉淀占總沉淀量的80%以上,陰極沉淀和反應器底部沉淀量較少,陽極表面的沉積物主要是Fe_2O_3,陰極表面沉積物中主要是FeO和Fe_2O_3。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.45

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4 印霞h，

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