本文關鍵詞： 微生物燃料電池 改性陽極 活化陽極 硫化物　出處：《中國地質大學(北京)》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：石化和采礦行業(yè)產生大量的含硫化物廢水。硫化物具有很強的毒性。傳統(tǒng)處理方法成本較高,微生物燃料電池技術已被證實可高效處理含硫化物廢水,但其性能主要受到陽極材料的限制,開發(fā)新型陽極,尤為必要。將普通碳氈陽極采用垂向金屬氧化物進行改性。與未改性的陽極相比,48 h硫化物去除率得到提高(均高于90%),最大功率密度分別提高了1.53倍和1.36倍。改性陽極提供了更多微生物附著活性位點,增加了生物量密度。高通量16S r RNA基因測序結果分析也表明了微生物豐度和多樣性的增加。產電微生物如Bacteroidetes和硫氧化菌如Planctomycetacia在使用改性陽極的微生物燃料電池中均得到富集。研究表明改性材料可提高微生物燃料電池去除硫化物及產電性能。對二氧化鈦納米線碳氈陽極分別使用硝酸、氨氣和電化學法進行活化。結果顯示微生物燃料電池去除硫化物及產電性能得到進一步提升,其中用硝酸活化后性能提升最顯著,48 h內硫化物的去除率達到96.4±1.7%,最大功率密度達到896.8±17.3 m W/m2,該方法已被證實可以提高N/C并降低C-O形成。影響因素結果顯示硫化物與COD濃度與污染物去除率呈負相關,而隨著外電阻的增加,污染物去除率呈先增加后減小趨勢。結果表明電極活化可進一步提升微生物燃料電池性能,影響因素的研究為此系統(tǒng)的優(yōu)化提供了參考。利用響應曲面法對活化陽極微生物燃料電池進行優(yōu)化,選取硫化物濃度、COD濃度和外電阻為主要考察因素,設計響應曲面實驗。結果顯示模型預測良好(R2均大于0.9),在COD濃度為684 mg/L,硫化物濃度為72.5 mg/L,外電阻阻值為100Ω的最優(yōu)條件下,硫化物去除率可達94.3±2.3%,COD去除率達到82.7±1.8%,最大功率密度達到832±23 m W/m2,庫倫效率達到28.7±1.9%,驗證實驗也證實了此模擬的可靠性。綜上,利用垂向金屬氧化物對碳氈陽極進行改性,并利用硝酸活化,可提升微生物燃料電池處理含硫化物廢水及產電性能,響應曲面研究優(yōu)化了操作條件。本研究也為微生物燃料電池的性能提升及拓展應用提供了可靠的理論依據(jù)。
[Abstract]:Large amounts of sulfide-containing wastewater are produced in petrochemical and mining industries. Sulfides are highly toxic. Traditional treatment methods are costly and microbial fuel cell technology has been proved to be effective in the treatment of sulfide-containing wastewater. But its performance is mainly limited by the anode material, so it is necessary to develop new anode. The ordinary carbon felt anode is modified by vertical metal oxide. Compared with the unmodified anode. The removal rate of sulphide at 48 h was improved (above 90%, the maximum power density increased by 1.53 times and 1.36 times, respectively). The modified anode provided more microbial attachment sites. Increased biomass density. High throughput 16s r. The results of RNA gene sequencing also showed an increase in microbial abundance and diversity. Electrogene-producing microbes such as Bacteroidetes and sulfur oxidizing bacteria such as Planctomycetacia were found in. The results show that the modified materials can improve the sulphide removal and electrical performance of the microbial fuel cells, and use nitric acid on the titanium dioxide nanowire carbon felt anode. The results showed that the removal of sulfides and electrical properties of microbial fuel cells were further improved, among which the performance of activated with nitric acid was the most significant. The removal rate of sulfides in 48 hours was 96.4 鹵1.7 and the maximum power density was 896.8 鹵17.3 MW / m ~ 2. This method has been proved to increase N / C and reduce C-O formation. The results of influencing factors show that sulfides have negative correlation with COD concentration and pollutant removal rate, but with the increase of external resistance. The results showed that electrode activation could further improve the performance of microbial fuel cells. The study of the influencing factors provides a reference for the optimization of the system. The reactive surface method is used to optimize the activated anode microbial fuel cells. The concentration of sulfide COD and external resistance are selected as the main factors. The experimental results of response surface show that the predicted R2 of the model is greater than 0.90.The results show that the COD concentration is 684 mg / L and the sulfide concentration is 72.5 mg/L. When the external resistance is 100 惟, the removal rate of sulfides can reach 94.3 鹵2.3 and 82.7 鹵1.8%. The maximum power density is 832 鹵23mW / m2, and the Coulomb efficiency is 28.7 鹵1.9. the reliability of the simulation is verified by the verification experiment. The modification of carbon felt anode by vertical metal oxide and the activation of nitric acid can improve the performance of microbial fuel cell in treating sulfide-containing wastewater and producing electricity. The research of response surface optimizes the operating conditions and provides a reliable theoretical basis for improving the performance and expanding the application of microbial fuel cells.
【學位授予單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X703;TM911.45

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