微生物燃料电池对土壤重金属迁移的影响与阴极还原特性的研究
发布时间：2021-01-17 02:07
土壤中重金属因具有不可生物降解性、迁移性差、潜伏期长、生态毒性大等特点,成为土壤污染修复领域的研究难点和热点。相比于传统处理方法,微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）因其具有良好的污染物去除能力和产电性能而受到广泛关注。本研究构建一种新型的三室微生物燃料电池,利用MFC产生的内部电场及阴极的还原能力对重金属污染土壤进行修复。选取Cu作为代表重金属,采用序批式处理方式处理人工制备Cu污染土壤,分别研究电极间距、外接电阻、辅助剂（柠檬酸）和初始总Cu浓度对三室MFC产电性能及重金属迁移与还原的影响,主要研究内容及结果如下:（1）通过考察电极间距和外接电阻对三室MFC产电性能及重金属迁移与还原的影响,发现Cu能够在三室MFC中实现迁移去除与还原,且乙酸提取态和可还原态是最易迁移去除的形态。设置MFC的电极间距为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm,发现间距越小,越有利于土壤中Cu的迁移去除与阴极室Cu2+的还原,MFC-5 cm近阳极土壤中乙酸提取态Cu和可还原态Cu的去除率分别是MFC-20 cm的1.56和1.81倍,同时其阴...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物燃料电池（MFC）原理图
第一章绪论7图1-1微生物燃料电池（MFC）原理图（2）微生物燃料电池的发展2001年，Reimers等人[43]利用海底沉积物构建微生物燃料电池，由此沉积物微生物燃料电池（SMFC）诞生。SMFC的基本原理与MFC相似，即利用沉积物中的有机质为底物、氧气或硝酸盐等为电子受体进行自发产电[44-46]。其基本构型图见图1-2[47]，即阳极位于厌氧的沉积物或浸水土壤中，阴极位于好氧水层中。通过电位梯度实现质子在水相和沉积物相的迁移，同时电子通过外电路实现向阴极的转移。图1-2土壤/沉积物微生物燃料电池示意图土壤微生物燃料电池是建立在废水和沉积物微生物燃料电池的基础上的，最早应用于修复有机污染物污染的土壤。土壤MFC可以定义为以土壤为介质的环境燃料电池[37]。因为土壤具有表面好氧与内部厌氧的环境条件，且土壤中含有丰富的有机质和大量的微生物，因此在构造上易于形成MFC。土壤MFC与常见的液态MFC不同，阴阳极由土壤分离开，土壤基质本身是非导体，具有固液两相传质的特点，同时土壤基质与电极材料之间存在非同质性，因此传质过程中的传质阻力、电极性能等对MFC性能具有重要
MFC构造示意
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年土壤重金属污染与修复研究热点回眸[J]. 李柱,周嘉文,吴龙华. 科技导报. 2018(01)
[2]土壤微生物燃料电池在不同条件下的产电性能及微生物群落结构分析[J]. 王辉,李蕾,曹羡,方舟,李先宁. 东南大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]土壤微生物燃料电池的研究进展及展望[J]. 杨政伟,顾莹莹,赵朝成,张秀霞,李士恩. 化工学报. 2017(11)
[4]pH和溶解氧对上海蕴藻浜河道沉积物重金属的影响[J]. 袁时珏,张道方. 能源研究与信息. 2016(02)
[5]土壤生物与土壤污染研究前沿与展望[J]. 陈保冬,赵方杰,张莘,伍松林,乔敏,欧阳纬莹,朱永官. 生态学报. 2015(20)
[6]农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J]. 樊霆,叶文玲,陈海燕,鲁洪娟,张颖慧,李定心,唐子阳,马友华. 生态环境学报. 2013(10)
[7]中国耕地土壤重金属污染概况[J]. 宋伟,陈百明,刘琳. 水土保持研究. 2013(02)
[8]蚯蚓在环境污染治理及其资源化应用中的研究进展[J]. 宋凤敏. 广东农业科学. 2013(06)
[9]pH值对土壤吸附铜的影响分析[J]. 陈明. 四川环境. 2012(06)
[10]湘江流域土壤重金属污染及其生态环境风险评价[J]. 刘春早,黄益宗,雷鸣,郝晓伟,李希,铁柏清,谢建治. 环境科学. 2012(01)
硕士论文
[1]土壤微生物燃料电池修复复合污染土壤的实验研究[D]. 田静.北京化工大学 2016
[2]酸化强化—电动修复铬渣场地污染土壤试验研究[D]. 薛浩.中国地质大学(北京) 2015
[3]土壤重金属污染（Cu/Cr）电动修复基础研究[D]. 童君君.合肥工业大学 2013
[4]沉积物中重金属的形态分析及生物有效性的研究[D]. 鞠莉.山东大学 2007
本文编号：2981980
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物燃料电池（MFC）原理图
第一章绪论7图1-1微生物燃料电池（MFC）原理图（2）微生物燃料电池的发展2001年，Reimers等人[43]利用海底沉积物构建微生物燃料电池，由此沉积物微生物燃料电池（SMFC）诞生。SMFC的基本原理与MFC相似，即利用沉积物中的有机质为底物、氧气或硝酸盐等为电子受体进行自发产电[44-46]。其基本构型图见图1-2[47]，即阳极位于厌氧的沉积物或浸水土壤中，阴极位于好氧水层中。通过电位梯度实现质子在水相和沉积物相的迁移，同时电子通过外电路实现向阴极的转移。图1-2土壤/沉积物微生物燃料电池示意图土壤微生物燃料电池是建立在废水和沉积物微生物燃料电池的基础上的，最早应用于修复有机污染物污染的土壤。土壤MFC可以定义为以土壤为介质的环境燃料电池[37]。因为土壤具有表面好氧与内部厌氧的环境条件，且土壤中含有丰富的有机质和大量的微生物，因此在构造上易于形成MFC。土壤MFC与常见的液态MFC不同，阴阳极由土壤分离开，土壤基质本身是非导体，具有固液两相传质的特点，同时土壤基质与电极材料之间存在非同质性，因此传质过程中的传质阻力、电极性能等对MFC性能具有重要
MFC构造示意
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年土壤重金属污染与修复研究热点回眸[J]. 李柱,周嘉文,吴龙华. 科技导报. 2018(01)
[2]土壤微生物燃料电池在不同条件下的产电性能及微生物群落结构分析[J]. 王辉,李蕾,曹羡,方舟,李先宁. 东南大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]土壤微生物燃料电池的研究进展及展望[J]. 杨政伟,顾莹莹,赵朝成,张秀霞,李士恩. 化工学报. 2017(11)
[4]pH和溶解氧对上海蕴藻浜河道沉积物重金属的影响[J]. 袁时珏,张道方. 能源研究与信息. 2016(02)
[5]土壤生物与土壤污染研究前沿与展望[J]. 陈保冬,赵方杰,张莘,伍松林,乔敏,欧阳纬莹,朱永官. 生态学报. 2015(20)
[6]农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J]. 樊霆,叶文玲,陈海燕,鲁洪娟,张颖慧,李定心,唐子阳,马友华. 生态环境学报. 2013(10)
[7]中国耕地土壤重金属污染概况[J]. 宋伟,陈百明,刘琳. 水土保持研究. 2013(02)
[8]蚯蚓在环境污染治理及其资源化应用中的研究进展[J]. 宋凤敏. 广东农业科学. 2013(06)
[9]pH值对土壤吸附铜的影响分析[J]. 陈明. 四川环境. 2012(06)
[10]湘江流域土壤重金属污染及其生态环境风险评价[J]. 刘春早,黄益宗,雷鸣,郝晓伟,李希,铁柏清,谢建治. 环境科学. 2012(01)
硕士论文
[1]土壤微生物燃料电池修复复合污染土壤的实验研究[D]. 田静.北京化工大学 2016
[2]酸化强化—电动修复铬渣场地污染土壤试验研究[D]. 薛浩.中国地质大学(北京) 2015
[3]土壤重金属污染（Cu/Cr）电动修复基础研究[D]. 童君君.合肥工业大学 2013
[4]沉积物中重金属的形态分析及生物有效性的研究[D]. 鞠莉.山东大学 2007
本文编号：2981980
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