生物電化學系統(tǒng)回收混合金屬鎘銅鉻的離子交換膜效應.pdf

1、生物電化學系統(tǒng)(BESs)是微生物燃料電池(MFCs)和微生物電解池(MECs)的統(tǒng)稱，以微生物為催化劑直接將有機物或無機物中的化學能轉化為電能的裝置。經(jīng)典的雙室生物電化學系統(tǒng)由陰極室、陽極室和隔離膜組成。具有氧化性的重金屬如Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Fe(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)等，均可以在雙室BESs的陰極被有效還原，為實現(xiàn)BESs陽極去除有機污染物、陰極回收重金屬的多功效提供了有效途徑。雖然多人已開展了基于陰離子交換膜(AEM)、陽離子交換

2、膜(CEM)、質(zhì)子交換膜(PEM)或雙極膜的雙室BESs回收重金屬的研究，但系統(tǒng)比較不同離子交換膜對BESs回收不同金屬的研究還鮮有報道。基于此，本研究以常用的CEM、AEM、兩種Nafion膜(115型、212型)為研究對象，以混合重金屬Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)為陰極液，以乙酸為陽極底物、磷酸緩沖液為陽極液，考察不同類型離子交換膜條件下的BESs性能。研究結果為實現(xiàn)高效的BESs陽極去除有機物同步陰極回收混合金屬鉻銅鎘提供初

3、步的理論依據(jù)與保證。
　　結果表明，(1)四種膜在開路條件下均比閉路條件下的金屬透過率高。其中，Nafion212的金屬透過率最高，在開路條件、運行96小時、三種金屬初始濃度均為10mM時，Cu(Ⅱ)透過Nafion212的百分比最大為29.1±0.2％，是閉路條件下的5.3倍。(2)降低初始金屬離子濃度，增加金屬透過離子交換膜的百分率。其中，AEM的透過率最大。在閉路條件下，金屬初始濃度均為1.0mM、運行96小時，高達5.8±

4、0.8％的Cr(Ⅵ)透過AEM，是初始分別為10mM時的1.9倍。(3)四種膜的陽極陰離子在開路條件均比閉路條件下的透過率高，其中，CH3COO-對AEM的透過百分比最大，是閉路條件下的1.3倍。(4)隨著運行時間的延長，膜性能下降，第7周期(90天)后，AEM的功率密度由初始時的360mW/m2下降為30mW/m2，降低78.9％，EIS分析表明，膜內(nèi)阻由2.4Ω升高至18Ω，是新膜的6.2倍。經(jīng)清洗后不同膜的活性均有所恢復。其中Na