基于光催化燃料電池技術(shù)的電生物強(qiáng)化脫氮研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，水體含氮量普遍上升，水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象頻發(fā)，嚴(yán)重威脅湖泊水生態(tài)系統(tǒng)與飲用水安全。我國(guó)已嚴(yán)格限定飲用水中的硝酸鹽氮含量（10 mg·L-1以下），但硝酸鹽氮在水體中的化學(xué)性質(zhì)比含碳有機(jī)物更加穩(wěn)定，如何在廢水中更加高效地去除硝酸鹽氮是水體深度脫氮研究的難點(diǎn)之一。電極生物膜反應(yīng)器（bio-film electrode reactor，BER）結(jié)合了電化學(xué)還原與微生物脫氮的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)備受關(guān)注。但BER方法尚

2、存在微生物與電化學(xué)協(xié)同機(jī)制不明確、電化學(xué)方法能耗大等問(wèn)題。進(jìn)一步量化電化學(xué)強(qiáng)化微生物脫氮性能并尋找清潔替代能源以降低能耗成為本研究的重點(diǎn)。
　　本論文采用光催化燃料電池（photocatalytic fuel cell，PFC）產(chǎn)生的低品位微電能供給BER脫氮系統(tǒng)，研究以清潔、低成本的光能驅(qū)動(dòng)電化學(xué)協(xié)同微生物脫氮反應(yīng)去除水體中硝酸鹽氮的光電化學(xué)作用機(jī)制與微生物學(xué)協(xié)同機(jī)理，為最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、低成本地依靠光催化燃料電池進(jìn)行電生物脫氮提供

3、技術(shù)支撐。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）高效光催化燃料電池 TiO2陽(yáng)極的制備與表征。采用了脈沖式超聲輔助有機(jī)相陽(yáng)極氧化法制備深丘型二氧化鈦納米管陣列，氧化電壓40 V，氧化溫度45℃，氧化時(shí)間8 h下制備的光陽(yáng)極光電響應(yīng)性能最佳。
　　（2）多陰極BER脫氮反應(yīng)器脫氮研究。自制了多陰極BER，增強(qiáng)傳質(zhì)，考察了低電壓下BER的脫氮效果。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)電壓為0.25 V時(shí)，反應(yīng)器6 h內(nèi)對(duì)120 mg·L-1硝酸鹽氮的去除速率可

4、達(dá)16.58 mg·L-1·h-1，是不加電壓馴化的198％。優(yōu)化了反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為30~35℃，初始pH為7.0。
　　（3）光催化燃料電池與多陰極 BER脫氮反應(yīng)器的匹配研究。將深丘型二氧化鈦納米管光陽(yáng)極組裝為循環(huán)液膜光催化燃料電池PFC，由PFC為BER提供電源。燃料電池供電穩(wěn)定，在6天時(shí)間內(nèi)可持續(xù)為脫氮反應(yīng)器供電，系統(tǒng)脫氮效果穩(wěn)定。
　?。?）多陰極BER脫氮反應(yīng)器生物種群研究。通過(guò)電鏡掃描、16S rDNA測(cè)序技