微生物燃料電池驅(qū)動的電吸附技術處理有毒有害廢水的研究.pdf

1、近年來，能源短缺和環(huán)境污染已成為當今社會面臨的兩大危機，嚴重制約著人類的進步和發(fā)展。微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells，簡稱MFCs）是一種利用微生物處理廢水中有機物同時將其所含的化學能轉(zhuǎn)化為電能的技術，有望能同時解決能源危機和環(huán)境污染問題，是一種很具有發(fā)展前景的技術。
　　然而，MFCs目前面臨的主要問題是運行成本較高、產(chǎn)電功率密度較低，限制了其在實際運行中的應用。如何利用MFC所產(chǎn)生的低品質(zhì)電能，探索與M

2、FC耦合的技術已成為一個較前沿的研究熱點。本文創(chuàng)新發(fā)展了MFCs驅(qū)動的電吸附技術（MFC-Sorption），分別探索其處理苯酚廢水和含銅重金屬廢水可行性，揭示耦合作用的關鍵影響因素和動力學行為，為典型有毒有害廢水的處理提供高效低耗的新方法。
　　首先，考察了電解質(zhì)濃度、溶液pH、苯酚初始濃度以及MFC的串并聯(lián)個數(shù)對MFC-Sorption系統(tǒng)處理苯酚廢水的影響，并初步研究了其動力學和熱力學行為，最后探索其處理其他酚類化合物的去除

3、情況。結果表明，MFC-Sorption系統(tǒng)可在無需外加電能條件下同時實現(xiàn)酚類廢水和有機廢水(MFC)的去除。主要結論如下:1、MFC-Sorption系統(tǒng)對苯酚的吸附性能（1.70 mmol/g）要好于傳統(tǒng)吸附，可提高41.7％;并與電吸附系統(tǒng)的吸附性能（1.81 mmol/g）相近。在MFC-Sorpton系統(tǒng)中，苯酚初始濃度越高，其在ACFs電極上的吸附容量越大，但是去除率反而越低;較高的電解質(zhì)濃度和較低的溶液pH能夠促進苯酚的去

4、除。2、MFCs的串并聯(lián)個數(shù)越多，越有利于苯酚的吸附，MFCs串聯(lián)效果要好于并聯(lián);3個MFCs串聯(lián)、并聯(lián)的MFC-Sorption系統(tǒng)對苯酚的吸附容量分別達到了1.76 mmol/g和1.46 mmol/g，而單個MFC作電源時的吸附容量僅為1.25 mmol/g。3、MFC-Sorption、電吸附和傳統(tǒng)吸附系統(tǒng)都符合Langmuir等溫線擬合，前兩者的最大吸附容量較傳統(tǒng)吸附分別提高了48％和65％;動力學研究表明，增加MFCs串聯(lián)個

5、數(shù)和較高的苯酚初始濃度都有助于提高MFC-Sorption系統(tǒng)的初始吸附速率和平衡吸附容量，初始苯酚濃度300 mg/L條件時的平衡吸附容量較20mg/L時提高近26倍。4、MFC-Sorption系統(tǒng)對硝基酚和2，4-二氯酚的吸附性能也要高于傳統(tǒng)吸附，表明該系統(tǒng)對酚類化合物具有較好的吸附效果。
　　其次考察了電解質(zhì)濃度、溶液pH、電極材料、Cu離子初始濃度以及MFC的串聯(lián)個數(shù)對MFC-Sorption系統(tǒng)處理含Cu廢水的影響，并

6、對其動力學和熱力學作了一定的探究;并通過表征測試，初步探討了MFC-Sorption系統(tǒng)處理含銅廢水的作用機制，得到如下結論:1、較高的溶液pH和較低的電解質(zhì)濃度有利于Cu離子在ACFs電極上吸附，隨著Cu離子初始濃度的增加，Cu離子在ACFs電極上的吸附容量也隨之增加，而Cu離子的去除率卻隨之降低。2、3個MFCs串聯(lián)時，Cu離子在ACFs的吸附容量為0.468 mmol/g，而單個MFC作電源時吸附容量則為0.395 mmol/g。

7、3、不同的電極材料對Cu離子的去除效果有著重要的影響，F(xiàn)e和泡沫鎳作陽極時Cu離子的去除效果要優(yōu)于ACFs作陽極，而不銹鋼和DSA作陽極時去除效果較差;石墨氈和改性石墨氈對Cu離子的去除效果均低于ACFs電極。另外，對ACFs電極的SEM、EDS以及XRD的表征發(fā)現(xiàn)在MFC-Sorption系統(tǒng)吸附電極表面存在著Cu和Cu2O，表明在MFC-Sorption過程中不僅僅是一個吸附過程，還存在著Cu的氧化還原反應?？傊?，MFC-Sorpt