過(guò)硫酸鹽陰極型微生物燃料電池降解活性艷藍(lán)及產(chǎn)電性能的研究.pdf

1、本論文以蒽醌染料活性艷藍(lán)KN-R作為目標(biāo)污染物,以零價(jià)鐵(Fe0)和二價(jià)鐵(Fe2+)活化過(guò)硫酸鹽(PDS)的高級(jí)氧化技術(shù)降解KN-R作為對(duì)照,研究了將Fe2+和Fe0活化PDS高級(jí)氧化體系耦合到微生物燃料電池陰極,并探討了體系初始pH值,Fen和PDS初始投加量對(duì)活性艷藍(lán)KN-R的降解和MFC的產(chǎn)電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下:
　　1.以Fe2+和Fe0來(lái)分別活化PDS時(shí)降解KN-R。在Fe2+/PDS體系中,KN-R的降解分為快

2、速反應(yīng)階段和慢速反應(yīng)階段,并且兩個(gè)階段都符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。pH值和Fe2+投加量是限制體系氧化降解污染物能力的主要因素,隨著PDS的濃度增大,體系中KN-R的降解率逐漸增加。在Fe0/PDS體系中,KN-R的降解遵循準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。體系能夠很好的克服Fe2+/PDS體系中pH和Fe2+投加量閾值較低問(wèn)題,在中性條件下(pH=7),KN-R取得最大的降解率,為93.12％;同時(shí),隨著初始 Fe0投加量的增加,KN-R的降解速度明顯

3、加快,當(dāng)Fe0投加量為448 mg/L,PDS為2 mmol/L時(shí),KN-R的降解反應(yīng)速率常數(shù)為0.0414 min-1。
　　2.在耦合MFC之前研究了陽(yáng)極為連續(xù)型時(shí),HRT和陰極電子受體對(duì)MFC產(chǎn)電性能的影響,當(dāng)HRT為18 h時(shí),陰極曝空氣時(shí)MFC的最大功率密度達(dá)到最大為34.15 mW/m2,在此條件下將 Fe2+/PDS體系和 Fe0/PDS體系分別作為MFC陰極液時(shí),探討活性艷藍(lán) KN-R的降解情況以及體系的產(chǎn)電性能。

4、在Fe2+/PDS-MFC體系中, KN-R的降解遵循二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。與Fe2+/PDS體系相比,Fe2+/PDS-MFC體系并沒(méi)有突破pH值和Fe2+投加量的限制,對(duì)體系的氧化能力影響不大,但能夠顯著加快體系中PDS的消耗速度,并且在弱酸性(pH=5)條件下KN-R也幾乎完全降解;體系的產(chǎn)電能力受到pH值限制比較嚴(yán)重,但Fe2+投加量對(duì)體系的產(chǎn)電性能抑制作用并不明顯,隨著初始PDS濃度的增加,體系的輸出功率逐漸增大。當(dāng)初始pH為3

5、,PDS初始濃度為2 mmol/L,Fe2+投加量為1mmo/L時(shí),體系的最大功率密度為294.07 mW/m2。
　　與Fe0/PDS體系相同,在Fe0/PDS-MFC體系中,KN-R的降解也遵循準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,體系受 pH值、Fe0投加量和 PDS濃度影響較弱,在本研究的各參數(shù)條件下都能獲得較高的 KN-R降解率,且污染物的降解速度明顯高于Fe0/PDS體系,在相同的Fe0投加量時(shí),KN-R的降解反應(yīng)速率提高了4.26-7.

6、39倍;體系的產(chǎn)電能力低于 Fe2+/PDS-MFC體系,受各參數(shù)條件的影響較大,當(dāng)初始pH為3,PDS初始濃度為1 mmol/L,Fe0投加量為28 mg/L時(shí)體系各項(xiàng)性能達(dá)到最佳,此時(shí)KN-R的降解率為98.98%,最大功率密度為127.66 mW/m2。
　　3.考察了四個(gè)體系最佳條件下 TOC的去除率和活性艷藍(lán) KN-R的降解光譜。結(jié)果表明在Fe0/PDS-MFC體系中TOC的去除率最大,Fe2+/PDS-MFC體系中TO