【摘要】：生物電化學(xué)系統(tǒng)(Bioelectrochemical systems,BESs)是近年興起的、以微生物為催化劑,將陽(yáng)極有機(jī)廢水中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,用于陰極生產(chǎn)氫氣或有價(jià)化學(xué)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(shí)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(duì)混合金屬如雙金屬的回收還不多見(jiàn)。同時(shí),沉積在陰極電極上金屬的進(jìn)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(wèn)題。鑒于此,本論文結(jié)合電鍍冶金和酸礦廢水中常見(jiàn)的典型雙組分金屬,實(shí)現(xiàn)了 BES陰極回收典型雙金屬過(guò)程,借助金屬間Cu(Ⅱ)對(duì)Cd(Ⅱ)的催化作用、Fe(Ⅲ)對(duì)Cr(Ⅳ)的促進(jìn)作用、以及非金屬組分02原位生成的H202對(duì)W(Ⅳ)和Mo(Ⅳ)的強(qiáng)化作用,進(jìn)一步提高BESs陰極回收雙金屬的性能。通過(guò)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(jī)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(shí)產(chǎn)氫,并考察MFCs模式沉積于陰極電極上的銅對(duì)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(jìn)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(guò)電勢(shì)。(2)探究MFCs陰極Fe(Ⅲ)存在對(duì)Cr(Ⅵ)還原的促進(jìn)作用。當(dāng)Fe(Ⅲ)為150mg/L時(shí),Cr(Ⅵ)的去除率達(dá)65.6 ± 2.2%,是無(wú)Fe(Ⅲ)對(duì)照的1.6倍。Fe(Ⅲ)的存在能夠降低Cr(Ⅵ)還原的過(guò)電勢(shì)和擴(kuò)散電阻;Fe(Ⅲ)在Cr(Ⅵ)還原過(guò)程中起到電子介體的作用。(3)通過(guò)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(wú)H202對(duì)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(jìn)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(shí)不同鉬/鎢沉積量和比例的影響,得到厭氧時(shí)鉬/鎢的最佳沉積量為0.24 mg/cm2、好氧時(shí)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(wú)光、無(wú)芬頓對(duì)照的1.2、1.1倍和1.3、1.2倍。考察降解和礦化甲基橙時(shí)的厭氧和好氧效應(yīng),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(dá)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(duì)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(yīng)用領(lǐng)域和使用范圍,為回收金屬的BESs的進(jìn)一步應(yīng)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(jī)污染物屬得電子還原的性能較差，為了進(jìn)一步提高金屬還原，，通過(guò)對(duì)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梗茫蛑行蘊(yùn)跫碌娜コ桑常常ヌ岣叩劍保埃埃�，系蛙�(chē)淖畬笫涑齬β侍岣擼保幢�。类祟l齲囈鷙焓奘臥冢停疲茫笫逡跫希ü檔停茫潁ǎ鄭桑┗乖墓縭�，使ＣＭ愥笖]保侗�，开路悼r樸桑埃擔(dān)靛澹稚咧粒埃福板澹幀ｅ義

本文編號(hào)：2679150