光催化耦合燃料電池去除水中無(wú)機(jī)氮.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)快速城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，導(dǎo)致水污染特別是氮污染問(wèn)題呈現(xiàn)加劇態(tài)勢(shì)，脫氮水處理較高的能耗和成本及治理不利是其原因。節(jié)能降耗的新型水處理技術(shù)受到重視并得到發(fā)展，其中微生物燃料電池（MFC）是一種處理水同時(shí)伴隨產(chǎn)電的新技術(shù)，對(duì)多種污水都有較好的處理效果。然而MFC存在輸出功率低，水處理速度慢和效率低等問(wèn)題。為此，耦合光催化與MFC的光催化微生物燃料電池系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，快速高效地去除污染物并同時(shí)產(chǎn)電。在此方向上

2、，本論文制備了三種光催化電極，構(gòu)建了光催化燃料電池體系，以高效去除水中無(wú)機(jī)氮，對(duì)反應(yīng)條件，產(chǎn)電情況和脫氮機(jī)理等進(jìn)行了研究。
　　本論文的主要成果有：
　?。?）以碳纖維布為基底，采用溶膠凝膠浸漬提拉的方法制備g-C3N4-TiO2光催化電極，耦合微生物陽(yáng)極還原硝氮，這種電極在鹵鎢燈照射下?lián)碛蟹浅：玫南醯€原能力。在使用100mgl/L硝酸鹽溶液作為目標(biāo)污染物，外接電阻為500Ω、溶液的pH為7.0時(shí),曝氮?dú)鈼l件下反應(yīng)3.5h

3、后，硝氮降解率達(dá)到72.57%，還原產(chǎn)物氮?dú)獾倪x擇性為99.54%。最大功率密度為33mW/m2。經(jīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)后，負(fù)載的粉末催化劑不會(huì)掉落，說(shuō)明電極擁有良好的穩(wěn)定性。
　?。?）采用簡(jiǎn)單的水熱合成法制備MoS2-TiO2、MoS2-BiVO4光催化劑，以不銹鋼網(wǎng)為基底，硅溶膠為粘結(jié)劑，將催化劑固定在載體上制得催化電極。實(shí)驗(yàn)證明催化劑與硅溶膠的比重為1mg：1μL時(shí)，電極的催化效果較好且穩(wěn)定性較強(qiáng)。以MoS2-TiO2為光陽(yáng)極，MoS

4、2-BiVO4為光陰極，氧化氨氮。在曝空氣、pH為10、光照強(qiáng)度為30000Lux時(shí)，反應(yīng)4h后，反應(yīng)器中氨氮溶液的去除效果達(dá)到78.21%,產(chǎn)物中的氮?dú)膺x擇性為97.12%。經(jīng)過(guò)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)看出催化電極的穩(wěn)定性極好，能多次利用。
　　(3)對(duì)于體系脫氮機(jī)理進(jìn)行分析。在硝氮還原反應(yīng)中，陽(yáng)極產(chǎn)電菌代謝的電子與陰極光生電子協(xié)同作用還原硝酸鹽。反應(yīng)器中大部分的硝酸鹽會(huì)被直接轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，只有小部分先還原成亞硝酸鹽然后再轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。在氨氮氧?/p>