生物陰極BESs還原(多)金屬動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、廢舊鋰離子電池中有價(jià)金屬鈷、電鍍廢水中鉻、銅、鎘等重金屬污染與資源回收是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。處理與回收這些重金屬的傳統(tǒng)方法主要有化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法，這些方法存在二次污染嚴(yán)重、出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、能源消耗高和回收率低等缺點(diǎn)。生物電化學(xué)系統(tǒng)(BESs)是微生物燃料電池(MFCs)和微生物電解池(MECs)的統(tǒng)稱，在施加小電壓(MECs)下利用微生物降解有機(jī)物釋放質(zhì)子和電子的同時(shí)產(chǎn)生電能(MFCs)、合成化學(xué)物質(zhì)、處理難降解污染物和生產(chǎn)清潔能

2、源（氫氣、甲烷等），在污水處理和回收資源方面具有廣闊的前景。為了降低BESs中氧化還原反應(yīng)耗能且避免使用貴金屬催化劑，越來越多的研究利用微生物作為陰極催化劑促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的生成。因此，本研究利用生物陰極BESs處理和回收廢水中的重金屬離子。
　　本研究實(shí)現(xiàn)了生物陰極BESs在還原Co(Ⅱ)和梯度還原Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)中的應(yīng)用:(1)探討了生物陰極MECs還原Co(Ⅱ)的外加電壓、Co(Ⅱ)初始濃度、其他電子受體和溫度

3、的影響，在外加電壓0.2V、Co(Ⅱ)初始濃度40mg/L、溫度25℃時(shí)，Co(Ⅱ)還原速率為6.5±0.0mg/(L·h)，Co(Ⅱ)比收率為0.502±0.005mol/molCOD，甲烷比收率為0.068±0.002mol/molCOD;(2)通過分別構(gòu)建以Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)為末端電子受體的生物陰極MFCs(MFCscr)、生物陰極MFCs(MFCscu)和生物陰極MECs(MECscd)，實(shí)現(xiàn)生物陰極BESs梯度

4、還原Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)。在混合金屬濃度Cr(Ⅵ)=Cu(Ⅱ)=Cd(Ⅱ)=5mg/L、MECscd施加電壓0.5V條件下，在MFCscr、MFCscu和MECscd反應(yīng)器內(nèi)cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)完全還原，各產(chǎn)物比收率為0.208±0.001molCr/molCOD，0.155±0.000molCu/molCOD,0.036±0.000molCd/molCOD,0.199±0.005molH2/molCOD和0