生物驯化下杂原子掺杂污泥碳的可控制备及其电催化氧还原性能
发布时间：2021-02-03 18:46
污泥中含有大量有机质以及较高的含碳值,且自身具备N、P、Fe等元素,碳化后能形成杂原子自掺杂的污泥碳材料。将其作为燃料电池阴极氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）的催化剂,不仅能实现污泥的资源化,还能降低燃料电池使用贵金属催化剂时的成本。考虑到污泥成分因废水水质、处理工艺等方面的因素千差万别,如何利用微生物来调控污泥组成,使其更适应于功能碳材料的制备是本领域的关键问题。本文首先以城市污水处理厂二沉池污泥为前驱体,在碳化前通过连续添加苯酚来对污泥进行驯化,热解后得到自模板、自活化,及N、P、Fe自掺杂的多孔类石墨烯碳材料。探讨了生物驯化对碳材料结构、表面形貌、元素组成以及氧还原催化性能的影响。结果表明,污泥经苯酚驯化后,微生物得到富集,含碳量显著提高,N、P、Fe等元素大大增加。其中,800℃煅烧得到的驯化污泥碳（PSC-800）,其比表面积为402.4 m2 g-1,远高于未驯化污泥碳（SC-800）的262.4 m2 g-1。光电子能谱数据表明,PSC-800具...
【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】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种型态的N掺杂碳结构
图 3-1 苯酚驯化污泥碳的制备图Figure 3-1 Schematic diagram showing the preparation of phenol-acclimated sludge carbon. 电化学测试电极的制备称取 8 mg 污泥碳分散到 1ml 乙醇水溶液（v:v=1:4）中超声 15 min，加入 60 μLNafi混合液振荡 2 min 并继续超声 15 min。用微量进样器取 5μL 催化剂墨液滴到 RD表面，并在室温下自然干燥，该 RDE 使用前，依次用不同粒径（1 μm、0.3 μmμm）的 α-Al2O3粉末打磨，用去离子水清洗后，用乙醇和去离子水超声各 15 mi剂负载量为 566.1 μg cm-2。商用 20% Pt/C 催化剂采用同样的方法分散，其在 RD上的负载量为 20 μg cm-2. 电化学测试采用 CHI 660E 电化学工作站对材料进行电化学测试。将铂电极作为辅助电极，化剂的旋转圆盘电极为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，以此构建
华南理工大学专业学位硕士学位论文2 污泥形貌结构及组成分析污泥的表面形貌见图 3-2，从图 3-2a 和 3-2b 可以看出，未驯化的污泥表面鲜少物，大部分为无机颗粒物。经一段时间驯化后，污泥表面可见 1 μm 左右棒状，形成紧密附和无机颗粒物的微生物群体。说明污泥在降解苯酚的同时，微生增长，富集后的微生物使污泥变得更加疏松。从表 1 的元素分析来看，剩余污后，N、Fe、P 的含量大幅度增加。由于 N 是微生物蛋白质组成的必需元素[108了细胞壁的合成[109]，Fe 在微生物酶中起着重要作用[110,111]，且在驯化过程中的生长及污泥絮体对有机物和重金属有吸附作用，因此，在驯化成熟的污泥中在含量较高的 N、P、Fe。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国城市污水处理厂运行存在问题及解决对策研究[J]. 甘申东,余艳鸽. 环保科技. 2018(06)
[2]中国水污染防治工作的问题与对策分析[J]. 曾东波. 资源节约与环保. 2013(07)
[3]催化裂解精制污泥热解油的工艺研究[J]. 张丽,陈建林,沈晓鹏. 工业催化. 2011(09)
[4]浅谈市政污泥的资源化利用和无害化处理[J]. 张迎春,吕万崇. 山西建筑. 2007(19)
[5]污泥焚烧工艺技术研究[J]. 李军,王忠民,张宁,杨晓冬,宋玮华,陈刚. 环境工程. 2005(06)
[6]城市污水处理厂污泥制活性炭的研究[J]. 任爱玲,王启山,贺君. 环境科学. 2004(S1)
[7]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉. 电池工业. 2003(01)
本文编号：3016986
【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】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种型态的N掺杂碳结构
图 3-1 苯酚驯化污泥碳的制备图Figure 3-1 Schematic diagram showing the preparation of phenol-acclimated sludge carbon. 电化学测试电极的制备称取 8 mg 污泥碳分散到 1ml 乙醇水溶液（v:v=1:4）中超声 15 min，加入 60 μLNafi混合液振荡 2 min 并继续超声 15 min。用微量进样器取 5μL 催化剂墨液滴到 RD表面，并在室温下自然干燥，该 RDE 使用前，依次用不同粒径（1 μm、0.3 μmμm）的 α-Al2O3粉末打磨，用去离子水清洗后，用乙醇和去离子水超声各 15 mi剂负载量为 566.1 μg cm-2。商用 20% Pt/C 催化剂采用同样的方法分散，其在 RD上的负载量为 20 μg cm-2. 电化学测试采用 CHI 660E 电化学工作站对材料进行电化学测试。将铂电极作为辅助电极，化剂的旋转圆盘电极为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，以此构建
华南理工大学专业学位硕士学位论文2 污泥形貌结构及组成分析污泥的表面形貌见图 3-2，从图 3-2a 和 3-2b 可以看出，未驯化的污泥表面鲜少物，大部分为无机颗粒物。经一段时间驯化后，污泥表面可见 1 μm 左右棒状，形成紧密附和无机颗粒物的微生物群体。说明污泥在降解苯酚的同时，微生增长，富集后的微生物使污泥变得更加疏松。从表 1 的元素分析来看，剩余污后，N、Fe、P 的含量大幅度增加。由于 N 是微生物蛋白质组成的必需元素[108了细胞壁的合成[109]，Fe 在微生物酶中起着重要作用[110,111]，且在驯化过程中的生长及污泥絮体对有机物和重金属有吸附作用，因此，在驯化成熟的污泥中在含量较高的 N、P、Fe。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国城市污水处理厂运行存在问题及解决对策研究[J]. 甘申东,余艳鸽. 环保科技. 2018(06)
[2]中国水污染防治工作的问题与对策分析[J]. 曾东波. 资源节约与环保. 2013(07)
[3]催化裂解精制污泥热解油的工艺研究[J]. 张丽,陈建林,沈晓鹏. 工业催化. 2011(09)
[4]浅谈市政污泥的资源化利用和无害化处理[J]. 张迎春,吕万崇. 山西建筑. 2007(19)
[5]污泥焚烧工艺技术研究[J]. 李军,王忠民,张宁,杨晓冬,宋玮华,陈刚. 环境工程. 2005(06)
[6]城市污水处理厂污泥制活性炭的研究[J]. 任爱玲,王启山,贺君. 环境科学. 2004(S1)
[7]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉. 电池工业. 2003(01)
本文编号：3016986
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