生物电化学系统回收混合金属镉铜铬的离子交换膜效应

发布时间：2017-04-13 20:22

  本文关键词：生物电化学系统回收混合金属镉铜铬的离子交换膜效应，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物电化学系统(BESs)是微生物燃料电池(MFCs)和微生物电解池(MECs)的统称,以微生物为催化剂直接将有机物或无机物中的化学能转化为电能的装置。经典的双室生物电化学系统由阴极室、阳极室和隔离膜组成。具有氧化性的重金属如Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、 Fe(Ⅲ)、Cd(Ⅱ)等,均可以在双室BESs的阴极被有效还原,为实现BESs阳极去除有机污染物、阴极回收重金属的多功效提供了有效途径。虽然多人已开展了基于阴离子交换膜(AEM)、阳离子交换膜(CEM)、质子交换膜(PEM)或双极膜的双室BESs回收重金属的研究,但系统比较不同离子交换膜对BESs回收不同金属的研究还鲜有报道。基于此,本研究以常用的CEM、AEM、两种Nafion膜(115型、212型)为研究对象,以混合重金属Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)为阴极液,以乙酸为阳极底物、磷酸缓冲液为阳极液,考察不同类型离子交换膜条件下的BESs性能。研究结果为实现高效的BESs阳极去除有机物同步阴极回收混合金属铬铜镉提供初步的理论依据与保证。结果表明,(1)四种膜在开路条件下均比闭路条件下的金属透过率高。其中,Nafion212的金属透过率最高,在开路条件、运行96小时、三种金属初始浓度均为10 mM时,Cu(Ⅱ)透过Nafion 212的百分比最大为29.1±0.2%,是闭路条件下的5.3倍。(2)降低初始金属离子浓度,增加金属透过离子交换膜的百分率。其中,AEM的透过率最大。在闭路条件下,金属初始浓度均为1.0 mM、运行96小时,高达5.8±0.8%的Cr(Ⅵ)透过AEM,是初始分别为10 mM时的1.9倍。(3)四种膜的阳极阴离子在开路条件均比闭路条件下的透过率高,其中,CH3COO-对AEM的透过百分比最大,是闭路条件下的1.3倍。(4)随着运行时间的延长,膜性能下降,第7周期(90天)后,AEM的功率密度由初始时的360 mW/m2下降为30 mW/m2,降低78.9%,EIS分析表明,膜内阻由2.4 Ω升高至18Ω,是新膜的6.2倍。经清洗后不同膜的活性均有所恢复。其中Nafion 212再生性最好,功率密度恢复到新膜的95%。
【关键词】：生物电化学系统 离子交换膜 金属回收 金属扩散
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TM911.45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 研究背景8-22
• 1.1 重金属废水及处理方法8-9
• 1.2 生物电化学系统9-16
• 1.2.1 BESs还原重金属9-16
• 1.3 BESs中膜的性能16-20
• 1.3.1 BESs中膜的性能16-19
• 1.3.2 膜的寿命评价19-20
• 1.4 研究目的、研究内容和研究意义20-22
• 1.4.1 研究目的、研究意义20-21
• 1.4.2 研究内容21-22
• 2 实验材料与方法22-32
• 2.1 实验技术路线22
• 2.2 实验材料22-27
• 2.2.1 实验装置22-23
• 2.2.2 实验仪器与试剂23-25
• 2.2.3 离子交换膜的预处理与清洗25-26
• 2.2.4 接种污泥、培养基及反应液26-27
• 2.3 电池性能参数测定与计算27-29
• 2.3.1 电流、电流密度、功率密度、电量和表观电阻27-28
• 2.3.2 阳极库仑效率28
• 2.3.3 离子运输、吸附百分比计算28-29
• 2.3.4 极化曲线和波德曲线29
• 2.4 分析方法29-32
• 2.4.1 铜、镉和总铬的分析方法29-30
• 2.4.2 铬的分析方法30
• 2.4.3 COD的分析方法30-31
• 2.4.4 乙酸的测定31
• 2.4.5 磷酸的测定31-32
• 3 结果与讨论32-47
• 3.1 反应器的驯化与电信息采集32-33
• 3.2 离子透膜33-41
• 3.2.1 分别为10 mM的混合金属对膜的透过性33-36
• 3.2.2 CH_3COO~-和PO_4~(3-)对膜的透过性36-37
• 3.2.3 分别为1.0 mM的混合金属对膜的透过性37-39
• 3.2.4 pH的变化39-40
• 3.2.5 小结40-41
• 3.3 产能与寿命评价41-47
• 3.3.1 不同膜装置的产能41-42
• 3.3.2 膜污染表观图42-43
• 3.3.3 同膜装置的极化曲线43-44
• 3.3.4 不同周期下膜对离子的透过量44-45
• 3.3.5 不同膜的内阻45-46
• 3.3.6 小结46-47
• 结论47-48
• 参考文献48-52
• 致谢52-53

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;离子交换膜及其应用的研究(简报)[J];上海化工;1973年02期

2 ;日本离子交换膜及其应用动态[J];盐湖科技资料;1973年04期

3 ;新型离子交换膜—聚三氟苯乙烯磺酸制备[J];海水淡化;1975年02期

4 ;日本旭化成公司研制出——新型离子交换膜[J];氯碱工业;1976年04期

5 SineyA.Dahl;;新颖离子交换膜氯碱电槽[J];氯碱工业;1976年Z1期

6 ;国外离子交换膜简况[J];塑料工业;1977年06期

7 ;国外离子交换膜在氯碱工业中的应用[J];氯碱工业;1977年06期

8 ;国外离子交换膜的研究动态[J];氯碱工业;1978年06期

9 许景文;;离子交换膜技术及其应用[J];无机盐工业;1980年03期

10 张洪锦;李仲钦;;国内离子交换膜的概况[J];水处理技术;1982年02期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 徐铜文;;中国离子交换膜技术的发展状况及国家需求[A];循环经济理论与实践——长三角循环经济论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年

2 杨向民;章卫东;蒋文琦;;离子交换膜中碱性氨基酸的电迁移[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年

3 葛道才;;均相离子交换膜在我国若干工业领域的应用[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年

4 林涛;王军;彭勇;余立新;;具有手性选择性离子交换膜的制备及其应用研究[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2004年

5 张守海;张本贵;陈丽云;邢东博;蹇锡高;;全钒液流电池用杂萘联苯聚芳醚离子交换膜的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 中国膜工业协会 郭有智;材料创新：膜工业发展关键[N];中国化工报;2002年

2 升勇;关于氯碱工业的几个问题[N];山西科技报;2002年

3 实习记者 米然;盐湖提锂技术获重大突破[N];中国化工报;2013年

4 记者 晏胥;旭化成：永远顺应时代需求开展业务[N];第一财经日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 童彬;聚合物基离子交换膜的制备、表征与应用[D];中国科学技术大学;2016年

2 罗发宝;基于离子交换膜的浓差渗析技术应用[D];中国科学技术大学;2016年

3 吴亮;聚合物基均相离子交换膜的制备、表征及离子传导特性研究[D];中国科学技术大学;2009年

4 王娜;新型中空纤维离子交换膜的制备、表征与应用[D];中国科学技术大学;2012年

5 陈世洋;离子交换膜化学反应器去除水中铬（Ⅵ）和磷酸盐的研究[D];湖南大学;2013年

6 谢德华;基于Donnan渗析原理阳离子交换膜去除水中Cu~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)的研究[D];湖南大学;2012年

7 陆君;电去离子过程的数学模拟的研究[D];天津大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘续;单价选择性异相阳离子交换膜的制备[D];中国海洋大学;2015年

2 张涛;基于单价离子交换膜浓海水处理工艺优化研究[D];河北工业大学;2015年

3 王凯凯;低电阻异相阳离子交换膜的制备与表征[D];中国海洋大学;2015年

4 吴学昊;离子交换膜的改性及其在钴电沉积中的应用[D];哈尔滨工业大学;2016年

5 颜明姣;臭氧处理改性制备亲水性PVDF离子交换膜的研究[D];西安建筑科技大学;2016年

6 宋依桥;钒电池用高性能离子交换膜制备及研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

7 王欢欢;离子交换膜修饰的液/液界面上选择性离子转移反应的研究[D];上海应用技术大学;2016年

8 连欢;生物电化学系统回收混合金属镉铜铬的离子交换膜效应[D];大连理工大学;2016年

9 胡凯;离子交换膜对染料的吸解性能研究[D];苏州大学;2012年

10 徐麟;废旧全氟磺酸离子交换膜的回收和利用[D];大连交通大学;2003年

  本文关键词：生物电化学系统回收混合金属镉铜铬的离子交换膜效应，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：304406