微生物燃料电池对土壤重金属的去除效能研究

发布时间：2017-09-24 11:30

  本文关键词：微生物燃料电池对土壤重金属的去除效能研究

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【摘要】：本研究充分利用了土壤在结构上易形成微生物燃料电池(MFC)的有利条件,和重金属在电场作用下会发生迁移的特点,将MFC建立在土壤环境中,构建新型的土壤微生物燃料电池(土壤MFC)。利用土壤MFC所产生的微电场,通过其产电机制与重金属可迁移性的耦合,实现对土壤中重金属的去除。本课题以重金属Cu为目标污染物,研究了EDTA-Na、柠檬酸钠、柠檬酸、皂素在不同浓度、不同pH、不同水土比的条件下对土壤中Cu脱附效率的影响以确定土壤中Cu的最佳脱附条件。在此基础上研究加入EDTA-Na2与不加EDTA-Na2对微生物燃料电池的产电及重金属铜去除效率的影响。考察了土壤微生物燃料电池在不同外阻、不同电极间距、不同土壤pH下对电池产电性能及对Cu的去除效率的影响。结果表明：(1)确定了浓度为20g/L,pH为7的EDTA-Na2为重金属铜的最佳脱附条件。在此条件下构建了水土比为40%的土壤MFC,在70天的实验周期内形成5个产电周期,添加EDTA-Na2的土壤MFC的最大电压为365mV,系统内阻约为941.66Ω；未添加EDTA-Na2的土壤MFC的最大电压为279mV,系统内阻约为1014.6Ω。说明EDTA-Na2的加入提高了土壤MFC的产电电压,降低了土壤MFC的内阻。(2)土壤MFC中的水溶态铜的含量随运行时间而减少,即迁移出土壤的铜随运行时间而增加。实验结束时,加入EDTA-Na2脱附剂的闭路土壤MFC对铜的去除率23.62%,高于加入EDTA-Na2脱附剂的断路土壤MFC的6.17%及不加EDTA-Na2脱附剂的闭路土壤MFC的8.67%。结果反映了土壤MFC中EDTA-Na2的引入和产电效应对铜去除效能的影响和促进作用。修复后的闭路土壤MFC从阳极到阴极pH逐渐增大,阳极pH大约为7.0,阴极pH大约为8.3,而断路土壤MFC的各段pH相差不大,大约为7.5。(3)随着外接电阻值的减小,系统输出电压减小,电流增大。在长期运行的土壤MFC中,外接电阻越接近电池内阻,其可获得的功率密度越大,土壤中Cu的去除率与输出电压呈正相关关系；在100mm-80mm范围内,缩小电极间距可提高土壤MFC产电性能,超出此范围继续缩小间距反而不利于土壤MFC产电。土壤MFC随电极间距的减小,内阻逐渐减小。铜的去除率受输出电压和电极间距的双重影响。阴阳极间距越长,迁移路径延长,重金属去除率降低。初始营养液pH为7的土壤MFC产生的电压最高,初始营养液pH为3的土壤MFC产生的电压最低。土壤MFC在初始营养液pH为3时,内阻最大,其他三组土壤MFC的内阻相差不大。铜的去除率受输出电压和土壤中pH的双重影响,初始营养液pH为3、5、7、9的土壤MFC对重金属铜的去除率分别为14.46%、19.79%、27.96%、13.63%。pH越高,土壤中重金属铜的水溶态含量越低,乙酸可提取态含量越高。(4)最后,对土壤微生物燃料电池修复重金属污染土壤的基础研究进行了总结,并指出今后的研究方向。
【关键词】：土壤微生物燃料电池 重金属铜 脱附率 产电 去除率
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 土壤重金属污染11-14
• 1.1.1 土壤重金属污染现状11-12
• 1.1.2 土壤重金属污染危害12-14
• 1.2 重金属污染土壤的修复处理技术及其优缺点14-18
• 1.2.1 物理修复14-16
• 1.2.2 化学修复16-17
• 1.2.3 生物修复17-18
• 1.3 微生物燃料电池技术18-21
• 1.3.0 微生物燃料电池的发展18-19
• 1.3.1 微生物燃料电池的工作原理19-21
• 1.3.2 微生物燃料电池去除重金属的应用研究21
• 1.4 研究目的及内容21-23
• 1.4.1 研究目的及思路21-22
• 1.4.2 研究内容22-23
• 第二章 实验材料及分析测试方法23-31
• 2.1 实验装置23-24
• 2.2 实验材料、药品及仪器24-26
• 2.2.1 污染土壤的制备24-25
• 2.2.2 接种污泥的处理25
• 2.2.3 实验药品与仪器25-26
• 2.3 测定项目及方法26-31
• 2.3.1 电池性能指标26-28
• 2.3.2 土壤样品的分析测定方法28-31
• 第三章 重金属脱附剂的选择及MFC去除重金属的特性31-45
• 3.1 实验方法31-32
• 3.2 结果与讨论32-43
• 3.2.1 重金属脱附条件的选择32-35
• 3.2.2 最佳脱附条件下土壤MFC产电特性35-39
• 3.2.3 重金属的去除特性39-43
• 3.2.4 土壤pH的变化43
• 3.3 小结43-45
• 第四章 土壤MFC产电及去除重金属的影响因素研究45-68
• 4.1 实验方法45-46
• 4.2 结果与讨论46-66
• 4.2.1 不同外阻土壤MFC的产电及重金属去除特性46-53
• 4.2.2 不同阴阳极间距土壤MFC的产电及重金属去除特性53-59
• 4.2.3 不同初始pH土壤MFC的产电及重金属去除特性59-66
• 4.3 小结66-68
• 第五章 结论与展望68-70
• 5.1 研究结论68-69
• 5.2 研究展望69-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间科研成果77

【参考文献】

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1 印霞h，

本文编号：911161