光催化耦合燃料電池去除水中無機氮.pdf

1、近年來，我國快速城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展，導(dǎo)致水污染特別是氮污染問題呈現(xiàn)加劇態(tài)勢，脫氮水處理較高的能耗和成本及治理不利是其原因。節(jié)能降耗的新型水處理技術(shù)受到重視并得到發(fā)展，其中微生物燃料電池（MFC）是一種處理水同時伴隨產(chǎn)電的新技術(shù)，對多種污水都有較好的處理效果。然而MFC存在輸出功率低，水處理速度慢和效率低等問題。為此，耦合光催化與MFC的光催化微生物燃料電池系統(tǒng)，可以實現(xiàn)兩種技術(shù)優(yōu)勢互補，快速高效地去除污染物并同時產(chǎn)電。在此方向上

2、，本論文制備了三種光催化電極，構(gòu)建了光催化燃料電池體系，以高效去除水中無機氮，對反應(yīng)條件，產(chǎn)電情況和脫氮機理等進行了研究。
　　本論文的主要成果有：
　?。?）以碳纖維布為基底，采用溶膠凝膠浸漬提拉的方法制備g-C3N4-TiO2光催化電極，耦合微生物陽極還原硝氮，這種電極在鹵鎢燈照射下?lián)碛蟹浅：玫南醯€原能力。在使用100mgl/L硝酸鹽溶液作為目標(biāo)污染物，外接電阻為500Ω、溶液的pH為7.0時,曝氮氣條件下反應(yīng)3.5h

3、后，硝氮降解率達(dá)到72.57%，還原產(chǎn)物氮氣的選擇性為99.54%。最大功率密度為33mW/m2。經(jīng)重復(fù)實驗后，負(fù)載的粉末催化劑不會掉落，說明電極擁有良好的穩(wěn)定性。
　　（2）采用簡單的水熱合成法制備MoS2-TiO2、MoS2-BiVO4光催化劑，以不銹鋼網(wǎng)為基底，硅溶膠為粘結(jié)劑，將催化劑固定在載體上制得催化電極。實驗證明催化劑與硅溶膠的比重為1mg：1μL時，電極的催化效果較好且穩(wěn)定性較強。以MoS2-TiO2為光陽極，MoS

4、2-BiVO4為光陰極，氧化氨氮。在曝空氣、pH為10、光照強度為30000Lux時，反應(yīng)4h后，反應(yīng)器中氨氮溶液的去除效果達(dá)到78.21%,產(chǎn)物中的氮氣選擇性為97.12%。經(jīng)過重復(fù)性實驗看出催化電極的穩(wěn)定性極好，能多次利用。
　　(3)對于體系脫氮機理進行分析。在硝氮還原反應(yīng)中，陽極產(chǎn)電菌代謝的電子與陰極光生電子協(xié)同作用還原硝酸鹽。反應(yīng)器中大部分的硝酸鹽會被直接轉(zhuǎn)化為氮氣，只有小部分先還原成亞硝酸鹽然后再轉(zhuǎn)化為氮氣。在氨氮氧化