以六价铬为阴极电子受体的微生物燃料电池的研究

论文摘要

微生物燃料电池(MFC)利用微生物催化剂将其代谢能直接转化为电能,具有原料广泛、反应条件温和、清洁高效等优点。由于六价铬离子对生态环境具有很大的危害性,并且具有强氧化性和高氧化还原电位等特点,因此其作为阴极电子受体就具有可能性,研究用于含铬废水处理的MFC的性能及其影响因素,对其实际应用具有重要的科学价值和现实意义。为了研究六价铬作为阴极电子受体的可行性,本研究采用两室MFC装置,利用厌氧微生物作为阳极生物催化剂和以重铬酸钾配制的模拟含铬废水作为阴极液,达到了一定处理效果,并且考察了不同pH和六价铬初始浓度条件下,六价铬的降解和电池的性能。当六价铬初始浓度为100 mg/L和pH=2时,在150 h内六价铬能完全被去除。当六价铬初始浓度为200 mg/L时,能得到最大功率密度为150 mW/m~2(0.04 mA/cm~2)和最大开路电压为0.91 V。此外,并比较了六价铬,铁氰化钾和氧气三种阴极电子受体的性能。本实验在该领域首次提出并证明六价铬能作为微生物燃料电池的阴极电子受体,并且能实现同时产电和六价铬的降解。本研究提出并证明了六价铬能作为微生物燃料电池的阴极电子受体,此外还能达到降解六价铬和产电的目的,具有很好的研究前景和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 研究背景
• 1.1 MFC研究背景介绍
• 1.2 MFC的研究进展
• 1.2.1 历史回顾
• 1.2.2 现状与发展
• 1.2.3 基本结构与工作原理
• 1.2.4 产电细菌的电子转移机理
• 1.2.5 微生物燃料电池的应用领域
• 1.3 MFC热力学可行性分析
• 1.4 目前需要解决的问题
• 1.5 铬污染及其生态效应
• 1.5.1 环境中铬的来源与形态
• 1.5.2 铬污染的危害
• 1.6 生物法处理含铬废水的研究概况
• 1.6.1 生物吸附法
• 1.6.2 微生物还原法
• 1.7 本课题的意义
• 2 实验方案与内容
• 2.1 实验方案
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 菌种
• 2.2.2 实验试剂与仪器
• 2.2.3 培养基与反应液
• 2.2.4 电压的测定及相关物理量的计算
• 2.2.5 COD的测定
• 2.2.6 六价铬浓度测定
• 2.2.7 水中总铬浓度测定
• 2.2.8 水中三价铬浓度测定
• 2.2.9 扫描电镜分析步骤
• 2.2.10 电池内阻分析
• 2.3 评价MFC性能的参数
• 2.4 小结
• 3 工含铬废水为阴极液的MFC的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器和装置
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 初始pH和六价铬初始浓度对六价铬降解的影响
• 3.2.2 六价铬降解动力学研究
• 3.2.3 开路电压（OCP）和阴极电势
• 3.2.4 功率密度和库伦效率
• 3.2.5 三种阴极电子受体功率输出比较
• 3.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢