藻/菌微生物燃料电池pH自中和、降解偶氮染料与产电研究
发布时间：2021-01-19 03:52
偶氮染料是一种常用的人工合成染料，其降解过程中会产生致癌性物质。偶氮染料生物降解原理为先共代谢厌氧生物还原偶氮键脱色，再进一步好氧生物降解芳香胺。双室型微生物燃料电池（MFC）的厌氧阳极与好氧生物阴极能分别满足偶氮染料两阶段降解所需要的氧化还原环境条件，可分别在MFC厌氧阳极与好氧生物阴极实现偶氮染料的高效降解，同时，MFC以共基质为燃料实现同步产电。针对MFC同步降解偶氮染料和产电过程中偶氮染料及其降解产物对阳极产电菌活性的抑制、偶氮染料脱色液矿化率不高、阴极负载金属催化剂和需曝气以及使用缓冲液导致的问题，本研究以蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）和厌氧-好氧混合污泥接种阴、阳极，以刚果红（300mgCOD/L）为模型偶氮染料，葡萄糖（500mgCOD/L）为共基质，通过单电极驯化再重新组合成全电池的方式构建了藻/菌MFC。研究在反转极性下藻/菌MFC同步pH自中和、降解偶氮染料和产电的特性与机理，获得的主要研究结果和结论如下：4个月以上的在线监测反转极性藻/菌MFC阴、阳极pH变化情况结果表明，在无人为调控pH情况下，反转极性前阳极pH从7±0.2降到6±0...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统双室微生物燃料电池原理图
偶氮染料广泛存在于印染废水中，是一种排放量大、对环境污染严重的环境有机污染物。偶氮染料的降解机理：先厌氧脱色产生芳香胺，芳香胺在好氧进一步降解为简单物质。这一降解过程所需的环境条件，刚好与我们设计的藻/菌 运行条件一致。2 材料与方法2.1 藻/菌 MFC 的结构本研究的双室 MFC 装置为有机树脂玻璃加工而成，阳极室、阴极室体积皆为 258×8×4 cm）。每个单室的共有 7 个孔。运行时，顶盖孔用于取样、安插参比电极，曝气等，侧孔用于排水，阳极用软塞保持密封状态。阴阳极材料和尺寸相同，为2石墨毡，使用之前先后于去离子水中浸泡 24h。两电极之间由质子交换膜（6×6 隔，为了更好地防水，质子交换膜两侧分别有橡胶垫圈和固定框固定。外电路通与电极连接，两电极直接连接一个 500mΩ 的外电阻。实物图如图 2-1。
15图 2-2 藻/菌 MFC 驯化和启动示意图Fig. 2-2 Schematic of the acclimation and start up of the algae-bacteria MFC2.4 藻/菌 MFC 的启动与运行在周期反转极性下运行藻/菌 MFC。反转极性前，阳极添加葡萄糖（500 mg COD/L）为有机碳源的营养液（成份见表 2-1，为确保藻类的正常生长，添加极低浓度的磷酸盐缓冲液 5 mM），阴极添加与阳极相同的营养液，但以 NaHCO3（0.4 g/L）为无机碳源，同时额外添加 NaNO3（0.2 g/L）。阳极同时添加 300 mg/L 刚果红，阴极不添加染料。运行过程中，阳极密封厌氧并用锡箔遮光，阴极密封并光照（52 W 荧光灯垂直照射），通过藻类原位供氧，多余气体通过减压阀排出。期间，MFC 同步脱色刚果红和产电，同时阳极酸化、阴极碱化。待电压降低到 50 mV 时，反转极性运行。阴极（新阳极）补充添加葡萄糖（500 mg COD/L）并密封遮光，阳极（新阴极）补添加 NaHCO3（0.4 g/L）
【参考文献】：
期刊论文
[1]以吲哚为燃料的微生物燃料电池降解和产电特性[J]. 罗勇,张仁铎,李婕,李明臣,张翠萍,刘广立. 中国环境科学. 2010(06)
[2]核桃壳固定化微生物处理高浓度印染废水的研究[J]. 赵大传,张洪荣,贾洪斌. 工业水处理. 2004(04)
[3]藻引发水中染料的光降解[J]. 陈跃,吴峰,邓南圣. 环境科学与技术. 2003(06)
[4]偶氮染料废水处理研究现状及其发展方向[J]. 李庄,曾光明,高兴斋. 湖南化工. 2000(06)
[5]藻类对偶氮染料的降解及定量结构-生物降解性研究[J]. 孙红文,黄国兰,丛丽莉,邵敏,石静,赖成明. 中国环境科学. 1999(04)
[6]沼泽红假单胞菌H3对酸性红B2GL染料的厌氧脱色和降解作用[J]. 黄志勇,杨惠芳,刘双江. 环境科学学报. 1999(03)
[7]藻菌系统降解偶氮染料的机理研究[J]. 刘厚田,杜晓明,刘金齐,邹晓燕,柳若安. 环境科学学报. 1993(03)
[8]藻菌系统对偶氮染料降解作用的研究[J]. 杜晓明,刘厚田. 环境科学研究. 1993(03)
[9]藻对偶氮染料降解作用的研究[J]. 刘金齐,刘厚田. 水生生物学报. 1992(02)
硕士论文
[1]偶氮染料的生物脱色及中间产物苯胺类的生物降解特性研究[D]. 黄春梅.华南理工大学 2012
[2]同步废水处理及产能的微生物燃料电池[D]. 朱宁正.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：2986283
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统双室微生物燃料电池原理图
偶氮染料广泛存在于印染废水中，是一种排放量大、对环境污染严重的环境有机污染物。偶氮染料的降解机理：先厌氧脱色产生芳香胺，芳香胺在好氧进一步降解为简单物质。这一降解过程所需的环境条件，刚好与我们设计的藻/菌 运行条件一致。2 材料与方法2.1 藻/菌 MFC 的结构本研究的双室 MFC 装置为有机树脂玻璃加工而成，阳极室、阴极室体积皆为 258×8×4 cm）。每个单室的共有 7 个孔。运行时，顶盖孔用于取样、安插参比电极，曝气等，侧孔用于排水，阳极用软塞保持密封状态。阴阳极材料和尺寸相同，为2石墨毡，使用之前先后于去离子水中浸泡 24h。两电极之间由质子交换膜（6×6 隔，为了更好地防水，质子交换膜两侧分别有橡胶垫圈和固定框固定。外电路通与电极连接，两电极直接连接一个 500mΩ 的外电阻。实物图如图 2-1。
15图 2-2 藻/菌 MFC 驯化和启动示意图Fig. 2-2 Schematic of the acclimation and start up of the algae-bacteria MFC2.4 藻/菌 MFC 的启动与运行在周期反转极性下运行藻/菌 MFC。反转极性前，阳极添加葡萄糖（500 mg COD/L）为有机碳源的营养液（成份见表 2-1，为确保藻类的正常生长，添加极低浓度的磷酸盐缓冲液 5 mM），阴极添加与阳极相同的营养液，但以 NaHCO3（0.4 g/L）为无机碳源，同时额外添加 NaNO3（0.2 g/L）。阳极同时添加 300 mg/L 刚果红，阴极不添加染料。运行过程中，阳极密封厌氧并用锡箔遮光，阴极密封并光照（52 W 荧光灯垂直照射），通过藻类原位供氧，多余气体通过减压阀排出。期间，MFC 同步脱色刚果红和产电，同时阳极酸化、阴极碱化。待电压降低到 50 mV 时，反转极性运行。阴极（新阳极）补充添加葡萄糖（500 mg COD/L）并密封遮光，阳极（新阴极）补添加 NaHCO3（0.4 g/L）
【参考文献】：
期刊论文
[1]以吲哚为燃料的微生物燃料电池降解和产电特性[J]. 罗勇,张仁铎,李婕,李明臣,张翠萍,刘广立. 中国环境科学. 2010(06)
[2]核桃壳固定化微生物处理高浓度印染废水的研究[J]. 赵大传,张洪荣,贾洪斌. 工业水处理. 2004(04)
[3]藻引发水中染料的光降解[J]. 陈跃,吴峰,邓南圣. 环境科学与技术. 2003(06)
[4]偶氮染料废水处理研究现状及其发展方向[J]. 李庄,曾光明,高兴斋. 湖南化工. 2000(06)
[5]藻类对偶氮染料的降解及定量结构-生物降解性研究[J]. 孙红文,黄国兰,丛丽莉,邵敏,石静,赖成明. 中国环境科学. 1999(04)
[6]沼泽红假单胞菌H3对酸性红B2GL染料的厌氧脱色和降解作用[J]. 黄志勇,杨惠芳,刘双江. 环境科学学报. 1999(03)
[7]藻菌系统降解偶氮染料的机理研究[J]. 刘厚田,杜晓明,刘金齐,邹晓燕,柳若安. 环境科学学报. 1993(03)
[8]藻菌系统对偶氮染料降解作用的研究[J]. 杜晓明,刘厚田. 环境科学研究. 1993(03)
[9]藻对偶氮染料降解作用的研究[J]. 刘金齐,刘厚田. 水生生物学报. 1992(02)
硕士论文
[1]偶氮染料的生物脱色及中间产物苯胺类的生物降解特性研究[D]. 黄春梅.华南理工大学 2012
[2]同步废水处理及产能的微生物燃料电池[D]. 朱宁正.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：2986283
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教材专著
