提高M(jìn)FC產(chǎn)電性能及MFC處理抗生素廢水實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、當(dāng)今社會,能源緊缺及環(huán)境污染日益嚴(yán)重,微生物燃料電池(microbial fuel cell,MFC)作為一種既能實(shí)現(xiàn)廢水處理減少環(huán)境污染,同時又能從中回收能源的技術(shù),為解決環(huán)境與能源問題提供了新方向,對于實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展起著非常重要的作用。目前,功率問題是影響MFC發(fā)展的瓶頸,而MFC無法進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域的最主要原因也在于輸出功率太低,提高M(jìn)FC的輸出功率的相關(guān)研究已成為微生物燃料電池領(lǐng)域一個至關(guān)重要的課題。
　　 本文從產(chǎn)電

2、和廢水處理兩方面著手,探索采用表面活性劑提高M(jìn)FC的產(chǎn)電性能的可行性;并以β-內(nèi)酰胺類抗生素模擬廢水為底物,考察抗生素廢水在MFC中的處理效果及產(chǎn)電性能。
　　 首先,采用碳?xì)譃殛枠O,葡萄糖為底物,構(gòu)建單室空氣陰極MFC,研究表面活性劑對MFC產(chǎn)電性能的影響。實(shí)驗(yàn)選擇了兩種表面活性劑——韞和型、無毒性的非離子型表面活性物質(zhì)吐溫80和生物表面活性劑鼠李糖脂,考察了表面活性劑的種類和添加量對MFC的輸出電壓、輸出功率、電極極化性能等

3、方面的影響,探討利用表面活性劑提高M(jìn)FC產(chǎn)電能力的可行性。
　　 研究結(jié)果表明,(1)在以1000 mg L-1葡萄糖模擬廢水為基質(zhì)的單室MFC中,添加80 mg L-1吐溫80后,MFC的開路電壓由0.483 V增至0.606 V:MFC的最大功率密度由21.5 Wm-3(0.6 Wm-2)增至187 Wm-3(5.2 Wm-2),增加8.7倍。電化學(xué)分析顯示,加入80 mg L-1吐溫80后,MFC的電池內(nèi)阻由27Ω降至5.

4、7Ω;相應(yīng)的陽極放電電流0.78Am-2增加至1.26 Am-2。(2)在1000 mg L-1葡萄糖模擬廢水中加入80 mg L-1鼠李糖脂,MFC的開路電壓由0.483 V增至0.878V;最大功率密度由21.5(0.6 W m-2)增至275 Wm-3(7.6 W m-2),,增加12.8倍。電化學(xué)分析顯示,加入80 mg L-1生物表面活性劑鼠李糖脂后,MFC的電池內(nèi)阻由27Ω降至5.3Ω;陽極放電電流由0.78增加至1.47A

5、m-2。吐溫80或鼠李糖脂的加入可以增大細(xì)胞膜的通透性,降低電子傳遞阻力,從而降低電池內(nèi)阻,增大電池的輸出功率。該研究為提高M(jìn)FC的性能提供了新的思路和方法。
　　 其次,構(gòu)建單室空氣陰極MFC,利用MFC系統(tǒng)處理抗生素模擬廢水,考察MFC對抗生素廢水的處理效果和產(chǎn)電的可行性,研究抗生素的濃度對MFC性能的影響。
　　 結(jié)果表明,(1)青霉素在MFC中可以降解并實(shí)現(xiàn)同步產(chǎn)電,且葡萄糖-青霉素的混合基質(zhì)有利于產(chǎn)電。1000

6、 mg L-1葡萄糖+50 mg L-1青霉素共基質(zhì)的MFC輸出功率(101.15W m-3)是單獨(dú)1000 mg L-1葡萄糖產(chǎn)電(14.69 W m-3)與單獨(dú)50 mg L-1青霉素產(chǎn)電(2.1 Wm-3)之和的6倍。同時,在MFC中,青霉素在24 h內(nèi)的去除效率高達(dá)98％。(2)頭孢曲松鈉在MFC中可以降解并實(shí)現(xiàn)同步產(chǎn)電,且葡萄糖-頭孢曲松鈉的混合基質(zhì)有利于產(chǎn)電。1000 mg L-1葡萄糖+50 mg L-1頭孢曲松鈉共基質(zhì)的

7、MFC輸出功率(113 W m-3)是單獨(dú)1000 mg L-1葡萄糖產(chǎn)電(19 W m-3)與單獨(dú)50 mg L-1。頭孢曲松鈉產(chǎn)電(11 W m-3)加和的3.8倍。在MFC中,頭孢曲松鈉在24h內(nèi)的去除效率為91％。而在開路的MFC反應(yīng)器中,頭孢曲松鈉的去除率為51％。MFC可以降解青霉素和頭孢曲松鈉并實(shí)現(xiàn)同步產(chǎn)電,并且一定濃度青霉素和頭孢曲松鈉的加入對MFC的產(chǎn)電和廢水的降解均起到了促進(jìn)作用。這可能是由于β-內(nèi)酰胺類抗生素的加入