NO作為微生物燃料電池陰極電子受體可行性及轉(zhuǎn)化過程研究.pdf

1、NOx是全球性大氣污染問題之一。NOx的去除技術(shù)多存在耗能高，成本高的問題。其中絡(luò)合吸收NO生物還原法是脫硝技術(shù)的新興技術(shù)，但絡(luò)合劑成本高，難再生，也是該技術(shù)的瓶頸問題之一。
　　微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell, MFC）是實現(xiàn)有機污染物去除的一類新型裝備，通過陰極設(shè)計及功能化可以賦予該裝備新的特殊功能。本論文首次嘗試將NO作為MFC陰極電子受體，提出了基于MFC原理的水中污染物轉(zhuǎn)化與氣態(tài)NO同步轉(zhuǎn)化的新思

2、路，實現(xiàn)“以廢治廢”的目標。
　　本文首先考察了NO直接作為MFC化學陰極電子受體的可行性。實驗構(gòu)建了28 mL Cubic單室反應(yīng)器，陽極為碳刷、陰極為碳基輥壓陰極，以排水法實現(xiàn)純NO作為電子受體后，單室MFC最高電壓輸出可達380 mV，并能穩(wěn)定運行。初步證明NO在MFC陰極可以作為電子受體驅(qū)動MFC反應(yīng)器正常產(chǎn)電。
　　在以 NO為電子受體時，反應(yīng)器內(nèi)發(fā)現(xiàn)有亞硝酸鹽和硝酸鹽等氧化產(chǎn)物的積累，同時有氮氣和氨氮等還原產(chǎn)物的

3、生成。實驗構(gòu)建了Cubic MFC和Membrane Cubic MFC兩種構(gòu)型的反應(yīng)器，同時利用電化學直接還原NO的方法探究了NO在陰極的轉(zhuǎn)化過程，結(jié)果表明體系內(nèi)亞硝酸鹽和硝酸鹽等氧化副產(chǎn)物在反應(yīng)過程中會大量積累，在較高電位和H+濃度較高條件下，NO還原產(chǎn)物可能為NH4+和N2，在較低電位下，NO還原產(chǎn)物可能為N2和N2O。
　　由于NO在水中溶解度低，導致傳質(zhì)效率不高。因此，采用檸檬酸(CIT)亞鐵對NO進行絡(luò)合，并考察了絡(luò)合

4、物作為電子受體的可行性和影響因素。實驗結(jié)果表明，F(xiàn)e(III)CIT和Fe(II)CIT-NO作為 MFC陰極電子受體，再生 Fe(II)CIT是可行的?；瘜W陰極條件下，陰極液 pH對 Fe(II)CIT-NO和Fe(III)CIT在陰極的還原和MFC產(chǎn)電性能影響明顯，pH值越低，MFC性能越好，同時初始Fe(III)CIT濃度越高，產(chǎn)電性能越好。
　　實驗設(shè)計了陽極為600 mL，陰極為180 mL的填料陰極反應(yīng)器，在NO作為電

5、子受體時與600 mL的立方體反應(yīng)器進行對比，考察了溫度，HRT和外電阻對MFC產(chǎn)電性能的影響，結(jié)果表明實驗室選擇最好30℃作為實驗溫度。設(shè)置水力停留時間分別為6 h，12 h和24 h進行比較，發(fā)現(xiàn)水力停留時間越短，MFC性能越高，NO去除效果越好。以不同外電阻運行后，小電阻對MFC產(chǎn)電和NO去除更好，實驗中20Ω時MFC產(chǎn)電性能較好同時NO去除率較高。即實驗室選擇30℃，HRT6小時，外電阻為20Ω時對產(chǎn)電最有利。同時填料陰極反應(yīng)器