微生物燃料電池-流動(dòng)性電極電容去離子性能研究.pdf

1、隨著淡水資源的匱乏，海水淡化逐漸成為解決水資源危機(jī)的重要途徑之一，在海水淡化的過(guò)程中，處理技術(shù)集中在熱法和反滲透，但不可避免高能耗及高成本的代價(jià)。電容去離子吸附技術(shù)作為新啟之秀，在水處理除鹽應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而且具備一定的理論基礎(chǔ)，但除鹽效率有待提高，流動(dòng)性電極電容去離子(FCDI)在近幾年興起，由于其操作簡(jiǎn)單，脫鹽率較高而備受關(guān)注。本課題主要探索了流動(dòng)性電極電容去離子脫鹽的規(guī)律，并提出了微生物燃料電池脫氮產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)電容去離子這一觀點(diǎn)。<

2、br>　　本文中對(duì)比了四種碳材料作為流動(dòng)式電極的性能，分析其比表面積、孔結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)及吸附動(dòng)力學(xué)對(duì)性能的影響，選擇性能良好的碳材料用于流動(dòng)性電極電容去離子，結(jié)果表明：四種碳材料包括活性炭AC80、AC50、AC和石墨稀G400，相同操作條件下，AC80的脫鹽率達(dá)到64％，而AC的脫鹽率為48%，產(chǎn)生差異可能由于AC80微介孔含量較多，孔容豐富，比表面積較大，雜質(zhì)較少，吸附性能較好。同時(shí)對(duì)比了各自吸附模型，由于FCDI設(shè)備中增加了離子交換

3、膜，避免了同離子效應(yīng)和陰陽(yáng)離子的擴(kuò)散，所以比傳統(tǒng)電容去離子脫鹽量和脫鹽速率大，但離子交換膜的增加和碳材料電極的流動(dòng)性，也導(dǎo)致離子并非穩(wěn)定吸附在碳材料上，所以模擬的一級(jí)和二級(jí)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)性系數(shù)較小。
　　為了考察流動(dòng)性電容去離子中操作條件對(duì)除鹽效果的影響，主要從電壓、流速比(中間腔室：陰極腔室：陽(yáng)極腔室)、速率、電極間距、兩種碳材料的配比和多級(jí)串聯(lián)等因素考慮。實(shí)驗(yàn)證明：電壓為1.4V，低流速2.5mL/min，流速比(中間腔室：陰極

4、腔室：陽(yáng)極腔室)為1:2:2、電極板間距3mm、單一碳材料為 AC80時(shí)，流動(dòng)性電極電容去離子設(shè)備運(yùn)行50min后，吸附量達(dá)到最大，并且在串聯(lián)情況下，除鹽量比單個(gè)模組提高17%左右，但是除鹽速率降低，說(shuō)明離子的路程增加會(huì)降低除鹽速率。文中還考察了流動(dòng)性電極電容對(duì)不同單一陽(yáng)離子溶液中離子的去除，針對(duì) AC80對(duì)不同陽(yáng)離子的吸附量由大到小依次為 KCl＞NaCl＞CaCl2＞AlCl3，說(shuō)明在單一陽(yáng)離子溶液中，水合半徑越小，吸附量越大。

5、r>　　實(shí)驗(yàn)通過(guò)氮摻雜石墨烯催化陰極，研究了產(chǎn)電脫硝的機(jī)理，對(duì)比不同溶解氧下微生物燃料電池（MFC）的輸出能量，改變?nèi)剂想姵卮⒙?lián)的方式，驅(qū)動(dòng)流動(dòng)性電容去離子，結(jié)果表明：利用氮摻雜石墨烯催化陰極與裸電極對(duì)比，微生物燃料電池電壓提升了50%，功率密度提升了80%，產(chǎn)電的性能穩(wěn)定提升；在除氮過(guò)程中，去除率相同時(shí)，氨氮的去除時(shí)間逐漸縮短，氨氮的去除速率提升。溶解氧（DO）濃度從1mg/L增加4mg/L后，MFC穩(wěn)定期電壓從362mV增加到44