微生物產(chǎn)電驅(qū)動Cu-Pd復(fù)合電極電催化還原硝酸根.pdf

1、水環(huán)境中硝酸鹽含量的增加不僅會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，破壞水環(huán)境生態(tài)平衡，而且會嚴重危害人體健康。電化學(xué)催化還原法是一種很有發(fā)展前景的硝酸鹽污染處理技術(shù)，但是它的應(yīng)用存在兩方面的限制因素。一是電催化過程中需要消耗電能，二是催化劑多為貴金屬材料，成本較高，不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。為此開展的新的研究，其一涉及利用微生物燃料電池提供電能，并利用硝酸根做陰極電子受體。其二涉及使用廉價金屬和復(fù)合電催化劑，進行高效的催化還原研究。
　　本論文構(gòu)建雙

2、室微生物燃料電池系統(tǒng)，將電催化還原硝酸根性能最好的Cu-Pd雙金屬，分別與聚吡咯、TiO2兩種活性介質(zhì)復(fù)合，作為微生物燃料電池陰極，陽極室產(chǎn)電菌降解有機物產(chǎn)生的電子由外電路流向陰極，對陰極液中的硝酸根進行還原，比較不同電極系統(tǒng)的的還原效果和產(chǎn)電性能。針對效果最優(yōu)的TiO2-Cu-Pd電極，考察了熱處理溫度、外加電阻大小、金屬摻雜量對其性能的影響。SEM和EDX結(jié)果表明單獨在電極表面負載Cu-Pd有聚集現(xiàn)象，電聚合PPy使電極表面有球形顆

3、粒凸起增加了金屬負載面積，TiO2凝膠和雙金屬混合均勻更有利于三者之間的相互作用。在微生物燃料電池系統(tǒng)中，還原反應(yīng)持續(xù)5.5h后，Cu-Pd電極對NO3--N去除率為29.3％，最大電池電勢為0.218V，最大功率密度為30mW/m2，內(nèi)阻大約為500Ω。當電聚合時間為150s時，PPy-Cu-Pd電極活性最高，對NO3--N的去除率為35.5％，相對于普通Cu-Pd電極提高了6.2％，電池電勢最大為0.269V，最大功率密度為50mW

4、/m2，是普通Cu-Pd系統(tǒng)的1.67倍，系統(tǒng)內(nèi)阻大約為200Ω。摻雜量為1％（以Pd計），外接電阻為1000Ω時，450℃熱處理的TiO2-Cu-Pd電極對NO3--N的去除率最大，為59.2％，相對于普通Cu-Pd電極系統(tǒng)提高了29.9％，相對于PPy-Cu-Pd電極系統(tǒng)提高了23.7％，系統(tǒng)的最大電池電勢為0.550V，最大功率密度為120mW/m2，是普通Cu-Pd電極的4倍，是PPy-Cu-Pd電極的2.4倍，內(nèi)阻約為100Ω