本文關(guān)鍵詞：自驅(qū)動MFCs-MECs系統(tǒng)回收銅鈷的MECs陰極材料效應(yīng)　出處：《大連理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：廢舊鋰離子電池中存在大量有價金屬鈷、銅等重金屬,其重金屬污染與資源回收具有重要實際意義,而傳統(tǒng)重金屬處理方法存在二次污染嚴(yán)重、能量消耗高和回收率低等缺點(diǎn)。生物電化學(xué)系統(tǒng)分為微生物燃料電池(MFCs)與微生物電解池(MECs),將MFCs產(chǎn)生的電能施加給MECs可構(gòu)成自驅(qū)動MFCs-MECs系統(tǒng),是一種零耗能的清潔污染物處理技術(shù),本研究以分離回收鋰離子電池中重要金屬鈷、銅、鋰為目標(biāo),利用自驅(qū)動MFCs-MECs系統(tǒng)或MFCs開展了以下三方面研究：間歇運(yùn)行條件下,考察耦合系統(tǒng)對混合銅鈷的回收與分離性能；連續(xù)運(yùn)行模式下,考察自驅(qū)動MFCs-MECs耦合系統(tǒng)中不同類型不銹鋼網(wǎng)的系統(tǒng)性能,實現(xiàn)混合銅鈷鋰的完全徹底分離與回收；基于單質(zhì)銅與不同電極的相互作用,考察多周期運(yùn)行的MFCs還原Cu(Ⅱ)性能。主要研究結(jié)果如下：(1)在間歇運(yùn)行模式下,利用自驅(qū)動MFCs-MECs系統(tǒng)實現(xiàn)回收溶液中銅鈷,分別使用碳棒(CR)、鈦片(TS)和不銹鋼網(wǎng)(SSM)作為MEC的陰極材料,在銅、鈷濃度分別為50 mg/L時,MEC的鈦片(TS)和不銹鋼網(wǎng)(SSM)陰極可以有效的去除MEC陰極液中Co(Ⅱ),而碳棒(CR)陰極則不能驅(qū)動系統(tǒng)的正常運(yùn)行。減小MFC的陰極體積,可使MEC的CR陰極的Co(Ⅱ)去除率達(dá)41.4±3.8%：同時減小MFC陰極和MEC陰極時,MEC的TS和SSM陰極的Co(Ⅱ)去除率最高,分別達(dá)45.0±0.3%和39.7±3.6%�；旌线M(jìn)水條件下Cu(Ⅱ)可被耦合系統(tǒng)完全去除,MECs的TS和SSM陰極的Co(Ⅱ)去除率為65.372.0%。上述結(jié)果表明,MEC陰極材料與反應(yīng)器體積是決定MFCs-MECs系統(tǒng)高效回收Co(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的重要因素,考慮到成本及效率,SSM是系統(tǒng)有效回收銅與鈷的理想MECs陰極材料。(2)在連續(xù)運(yùn)行模式下,以不同規(guī)格不銹鋼網(wǎng)為MECs陰極材料,考察自驅(qū)動MFCs-MECs系統(tǒng)完全分離與回收Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)和Li(Ⅰ)性能。在停留時間(HRT)為9 h、#60 SSM、進(jìn)水組成為10 mg/L Cu(Ⅱ)、10mg/L Co(IⅠ)與3 mg/L Li(Ⅰ)時,系統(tǒng)的MFCs陰極能選擇性去除Cu(Ⅱ),去除速率為1.10±0.04 mh/(L·h),MECs陰極對Co(Ⅱ)的去除速率為101 ±0.03 mg/(L·h), Li(I)則完全停留在系統(tǒng)出水中；提高進(jìn)水濃度可提高金屬的去除率、銅鈷收率、系統(tǒng)效率(MFCs陰極效率、MFCs陽極效率、系統(tǒng)總效率),但不能完全分離與回收Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)和Li(Ⅰ)；延長HRT為12 h,金屬去除率變化不明顯且不能完全分離,同時,產(chǎn)品收率和系統(tǒng)效率降低。以上結(jié)果表明,不同類型SSM、不同HRT及進(jìn)水混合金屬離子濃度是MFCs-MECs系統(tǒng)能否完全分離回收Co(Ⅱ)和Li(Ⅰ)的關(guān)鍵因素。連續(xù)運(yùn)行的自驅(qū)動MFCs-MECs系統(tǒng)適用于去除低濃度的金屬溶液,且MEC陰極為#60的不銹鋼網(wǎng)時系統(tǒng)性能最佳。(3)分別考察CR, TS、SSM和銅片(CuS)為陰極的MFCs去除與還原Cu(Ⅱ)性能,12個周期運(yùn)行結(jié)果表明,CR電極MFC最大輸出功率密度下降了55%,但是Cu(Ⅱ)去除率提高了0.76倍,達(dá)到86.2±0.66%；CuS電極出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象,最大輸出功率密度下降了71%；TS和SSM陰極在銅沉積之后出現(xiàn)隨著操作時間延長性能提高的現(xiàn)象,最大輸出功率分別提高了76%和245%,達(dá)到3.13 W/m3和6.46W/m3, SSM電極在第12周期之后可達(dá)到100%去除Cu(Ⅱ)的效果。上述結(jié)果表明,運(yùn)行時間與陰極材料是影響還原Cu(Ⅱ)的MFC性能的重要方面,SSM更有利于銅還原MFC的長期運(yùn)行。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X705;TM911.45

【參考文獻(xiàn)】

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1 郭瑞;微生物電解池浸取LiCoO_2中Co（Ⅲ）[D];大連理工大學(xué);2012年

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