本文關(guān)鍵詞：氧化還原介體在微生物燃料電池中的應(yīng)用

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【摘要】：硝酸鹽廢水主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)化肥的使用,生活污水和工業(yè)廢水的排放,大量排放的硝酸鹽廢水流入土地、河流中,嚴(yán)重污染土壤及水體。相對(duì)于傳統(tǒng)的物理化學(xué)法,生物法工藝簡(jiǎn)單、投資成本低得到廣泛的應(yīng)用。近年來(lái),微生物燃料電池(Microbial fuel cell MFC)作為一種新型生物技術(shù)在降解污染物的同時(shí)產(chǎn)生電能,備受關(guān)注,但MFC技術(shù)處理含氮廢水存在底物降解速率慢、電能輸出低等問(wèn)題,因此,如何提高其運(yùn)行性能成為研究熱點(diǎn)。故本課題考察通過(guò)MFC參數(shù)優(yōu)化、添加氧化還原介體及修飾電極三方面來(lái)提高M(jìn)FC運(yùn)行性能。實(shí)驗(yàn)采用1g/L無(wú)水乙酸鈉啟動(dòng)MFC,穩(wěn)定運(yùn)行后,通過(guò)碳源、C/N、硝酸鹽濃度、溫度4因素來(lái)優(yōu)化MFC運(yùn)行性能。結(jié)果表明:當(dāng)溫度為30℃、無(wú)水乙酸鈉為碳源、C/N=5:1、硝酸鹽濃度為200mg/L時(shí)MFC體系硝酸鹽去除率均可達(dá)到90%以上,最大電能輸出可達(dá)到0.462V,通過(guò)交流阻抗分析參數(shù)優(yōu)化后MFC體系內(nèi)阻減小,進(jìn)而提高M(jìn)FC運(yùn)行性能。實(shí)驗(yàn)添加硫堇、中性紅、蒽醌-2,6-二磺酸鈉、蒽醌-2-磺酸鈉、蒽酮、刃天青、亞甲基藍(lán)7種不同氧化還原介體考察其對(duì)MFC性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氧化還原介體加入MFC中可以提高體系的運(yùn)行情況,且不同氧化還原介體及同種介體不同濃度對(duì)其影響效果不同。當(dāng)硫堇濃度為20μmol/L時(shí)其電能輸出提高88.8%,中性紅濃度為10μmol/L時(shí)其電能輸出提高153%,蒽醌-2,6-二磺酸鈉濃度為1μmol/L時(shí)其電能輸出提高51.2%,蒽醌-2-磺酸鈉濃度為1μmol/L時(shí)其電能輸出提高60.4%,蒽酮濃度為3μmol/L時(shí)其電能輸出提高7%,刃天青濃度為1μmol/L時(shí)其電能輸出提高97.9%,亞甲基藍(lán)濃度為1μmol/L時(shí)其電能輸出提高37.9%。并且添加不同濃度的氧化還原介體MFC體系硝酸鹽的去除率均可達(dá)到96%以上,提高M(jìn)FC運(yùn)行性能。實(shí)驗(yàn)還考察修飾電極對(duì)MFC運(yùn)行性能的影響。使用丙酮清洗、重氮反應(yīng)、蒽醌-2,6-二磺酸鈉摻雜吡咯、中性紅固定等5種不同方法修飾電極并考察其對(duì)MFC運(yùn)行性能的影響。結(jié)果表明,蒽醌-2,6-二磺酸鈉摻雜吡咯法修飾電極及重氮反應(yīng)修飾電極的MFC運(yùn)行性能最好,其電能輸出最大分別可到達(dá)200m V和179m V,且運(yùn)行30天出水硝酸鹽、COD去除率均在97%以上。由紅外分析可知,該方法可能引入了酰胺基團(tuán),該基團(tuán)可有效促進(jìn)微生物和電極之間的相互作用,由此來(lái)增加電極表面微生物的附著量,提高產(chǎn)電菌活性,進(jìn)而MFC電能輸出情況得到提升。
【關(guān)鍵詞】：硝酸鹽廢水 微生物燃料電池 參數(shù)優(yōu)化 氧化還原介體 修飾電極
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM911.45
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 硝酸鹽廢水的來(lái)源及危害9
• 1.2 硝酸鹽廢水處理技術(shù)9-11
• 1.2.1 物理化學(xué)法9-10
• 1.2.2 生物處理法10-11
• 1.3 微生物燃料電池技術(shù)11-14
• 1.3.1 微生物燃料電池原理11
• 1.3.2 微生物燃料電池分類11-12
• 1.3.3 微生物燃料電池的應(yīng)用12-14
• 1.4 本課題的研究意義和內(nèi)容14-15
• 第2章 微生物燃料電池性能優(yōu)化15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法15-16
• 2.2.1 反應(yīng)器接種與啟動(dòng)15
• 2.2.2 電化學(xué)性能表征15-16
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法16
• 2.3 MFC運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化16-19
• 2.3.1 碳源16-17
• 2.3.2 碳氮比17-18
• 2.3.3 硝酸鹽濃度18
• 2.3.4 溫度18-19
• 2.4 MFC最佳狀態(tài)下運(yùn)行性能和微生物相分析19-22
• 2.4.1 MFC出水指標(biāo)分析19-20
• 2.4.2 MFC電能輸出情況20-21
• 2.4.3 MFC陽(yáng)極微生物相分析21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第3章 不同氧化還原介體對(duì)MFC性能的影響23-39
• 3.1 引言23
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料23-25
• 3.2.1 菌種來(lái)源23
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)藥品24-25
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法25-28
• 3.3.1 藥品的配制25-26
• 3.3.2 樣品測(cè)定方法26-28
• 3.4 MFC成功啟動(dòng)及穩(wěn)定運(yùn)行28-30
• 3.5 不同氧化還原介體對(duì)MFC體系的影響30-38
• 3.5.1 硫堇對(duì)MFC體系的影響30-31
• 3.5.2 中性紅對(duì)MFC體系的影響31-32
• 3.5.3 蒽醌-2，，6-二磺酸鈉對(duì)MFC體系的影響32-33
• 3.5.4 蒽醌2磺酸鈉對(duì)MFC體系的影響33-35
• 3.5.5 蒽酮對(duì)MFC體系的影響35-36
• 3.5.6 刃天青對(duì)MFC體系的影響36-37
• 3.5.7 亞甲基藍(lán)對(duì)MFC體系的影響37-38
• 3.6 本章小結(jié)38-39
• 第4章 修飾極對(duì)電MFC體系的影響39-53
• 4.1 引言39
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料39
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器39
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)藥品39
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)試劑39
• 4.2.4 菌種來(lái)源39
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法39-42
• 4.3.1 MFC陽(yáng)極修飾方法39-40
• 4.3.2 MFC陰極處理方法40
• 4.3.3 MFC修飾電極的表征方法40-41
• 4.3.4 修飾電極對(duì)MFC影響效果驗(yàn)證方法41-42
• 4.4 修飾電極對(duì)MFC體系的影響42-50
• 4.4.1 重氮反應(yīng)修飾電極對(duì)MFC體系的影響42-43
• 4.4.2 丙酮處理修飾電極對(duì)MFC體系的影響43-45
• 4.4.3 過(guò)硫酸銨浸漬修飾電極對(duì)MFC體系的影響45-46
• 4.4.4 AQDS摻雜吡咯修飾電極對(duì)MFC體系的影響46-48
• 4.4.5 中性紅固定修飾電極對(duì)MFC體系的影響48-50
• 4.5 修飾電極的表征50-52
• 4.5.1 修飾電極的紅外光譜測(cè)定50-51
• 4.5.2 循環(huán)伏安法的測(cè)定51-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 結(jié)論53-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文59-61
• 致謝61

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