【摘要】：生物電化學系統(tǒng)(Bioelectrochemical systems,BESs)是近年興起的、以微生物為催化劑,將陽極有機廢水中的化學能轉(zhuǎn)化為電能,用于陰極生產(chǎn)氫氣或有價化學產(chǎn)品的裝置,包括微生物燃料電池(Microbial fuel cells,MFCs)和微生物電解池(Microbial electrolysis cells,MECs)。由于氧化性金屬離子被BESs陰極還原回收的同時可產(chǎn)生電能,回收金屬的BESs研究引起了人們的廣泛關(guān)注。目前,BESs陰極回收金屬較多地關(guān)注于單一金屬,對混合金屬如雙金屬的回收還不多見。同時,沉積在陰極電極上金屬的進一步收集與使用也是BESs回收金屬領(lǐng)域亟待解決的重要問題。鑒于此,本論文結(jié)合電鍍冶金和酸礦廢水中常見的典型雙組分金屬,實現(xiàn)了 BES陰極回收典型雙金屬過程,借助金屬間Cu(Ⅱ)對Cd(Ⅱ)的催化作用、Fe(Ⅲ)對Cr(Ⅳ)的促進作用、以及非金屬組分02原位生成的H202對W(Ⅳ)和Mo(Ⅳ)的強化作用,進一步提高BESs陰極回收雙金屬的性能。通過原位利用沉積在陰極電極上的混合金屬鎢鉬,考察其催化降解和礦化難降解有機污染物甲硝唑和甲基橙性能。主要結(jié)果如下:(1)利用鈦片、碳布或泡沫鎳陰極BESs先在MFCs模式回收混合Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)中的Cu(Ⅱ),后在MECs模式回收Cd(Ⅱ)同時產(chǎn)氫,并考察MFCs模式沉積于陰極電極上的銅對MECs模式Cd(Ⅱ)回收和產(chǎn)氫的影響。發(fā)現(xiàn)MFCs模式下三種材料回收Cu(Ⅱ)的性能相近,約為4.79-4.88mg/L/h,但在MECs模式下,碳布回收Cd(Ⅱ)的回收速率最大(5.86 ± 0.25 mg/L/h),泡沫鎳最小(4.96 ± 0.48 mg/L/h)。與未沉積銅的空白電極相比,MFCs模式下沉積的銅能促進MECs模式下Cd(Ⅱ)的回收和產(chǎn)氫,分別提高80-320%和100-600%。陰極電極上沉積的銅可降低Cd(Ⅱ)還原和析氫的過電勢。(2)探究MFCs陰極Fe(Ⅲ)存在對Cr(Ⅵ)還原的促進作用。當Fe(Ⅲ)為150mg/L時,Cr(Ⅵ)的去除率達65.6 ± 2.2%,是無Fe(Ⅲ)對照的1.6倍。Fe(Ⅲ)的存在能夠降低Cr(Ⅵ)還原的過電勢和擴散電阻;Fe(Ⅲ)在Cr(Ⅵ)還原過程中起到電子介體的作用。(3)通過MFCs陰極原位生成的H202,高效回收混合W(Ⅵ)和Mo(Ⅵ)。該系統(tǒng)W(Ⅵ)和Mo(Ⅵ)的回收率分別為67.2 士 3.1%和86.4 ± 1.9%,是無H202對照的2.4和1.3倍,且W(Ⅵ)和Mo(Ⅵ)的回收率隨著原位H202生成量的增加而增加。光照可進一步提高W(Ⅵ)和Mo(Ⅵ)的回收率:MECs陰極的光照與原位生成的H202協(xié)同提高W(Ⅵ)和Mo(Ⅵ)的回收率至 98.1 ± 0.7%(W)和 100 ± 0.4%(Mo)。(4)原位利用MFCs陰極沉積的鉬鎢構(gòu)建光-電-芬頓體系,催化降解和礦化典型抗生素甲硝唑和偶氮染料甲基橙。在厭氧或好氧條件,考察降解和礦化甲硝唑時不同鉬/鎢沉積量和比例的影響,得到厭氧時鉬/鎢的最佳沉積量為0.24 mg/cm2、好氧時為0.18 mg/cm2,二者的最佳鉬/鎢比均為0.17:1.0。在光照和Fe(Ⅲ)濃度為10mg/L的好氧條件下,甲硝唑的降解和礦化分別為94.5 ± 1.4%和89.5 ± 1.1%,是無光、無芬頓對照的1.2、1.1倍和1.3、1.2倍�？疾旖到夂偷V化甲基橙時的厭氧和好氧效應,發(fā)現(xiàn)厭氧利于甲基橙的脫色而不利于礦化,好氧與Fe(Ⅲ)共存利于甲基橙礦化但不利于脫色。光照下,先厭氧(20 min)后好氧(10 mg/L Fe(Ⅲ)、100 min)可使甲基橙完全脫色,礦化率達96.8±3.5%(9.7mg/L/h),分別是完全厭氧、完全好氧、完全好氧與Fe(Ⅲ)共存對照的2.9、1.9和1.3倍。本論文研究結(jié)果為混合金屬在BESs陰極的回收提供了清潔有效的新方法,豐富了BESs回收金屬的陰極作用理論,拓展了 BESs回收金屬的應用領(lǐng)域和使用范圍,為回收金屬的BESs的進一步應用提供了新思路。
【圖文】：

ＢＥＳｓ陰極回收典型雙金屬與原位催化降解難降解有機污染物屬得電子還原的性能較差，為了進一步提高金屬還原，，通過對大比表面積的碳飾，X椉擁緙呋钚�。例燃偓Ｐａｎ＞i齲郟常玻萁圻量┬奘斡冢停疲茫筇頰幣跫�，使Ｃｒ中刑N跫碌娜コ桑常常ヌ岣叩劍保埃埃�，系蛙嚹桩岓输除rβ侍岣擼保幢丁＠嗨頻齲囈鷙焓奘臥冢停疲茫笫逡跫�，通过綑n停茫潁ǎ鄭桑┗乖墓縭�，使ＣＭ愥笖]保侗�，开路悼r樸桑埃擔靛澹稚咧粒埃福板澹幀ｅ義

本文編號：2679150