NO作為微生物燃料電池陰極電子受體可行性及轉化過程研究.pdf

1、NOx是全球性大氣污染問題之一。NOx的去除技術多存在耗能高，成本高的問題。其中絡合吸收NO生物還原法是脫硝技術的新興技術，但絡合劑成本高，難再生，也是該技術的瓶頸問題之一。
　　微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell, MFC）是實現(xiàn)有機污染物去除的一類新型裝備，通過陰極設計及功能化可以賦予該裝備新的特殊功能。本論文首次嘗試將NO作為MFC陰極電子受體，提出了基于MFC原理的水中污染物轉化與氣態(tài)NO同步轉化的新思

2、路，實現(xiàn)“以廢治廢”的目標。
　　本文首先考察了NO直接作為MFC化學陰極電子受體的可行性。實驗構建了28 mL Cubic單室反應器，陽極為碳刷、陰極為碳基輥壓陰極，以排水法實現(xiàn)純NO作為電子受體后，單室MFC最高電壓輸出可達380 mV，并能穩(wěn)定運行。初步證明NO在MFC陰極可以作為電子受體驅動MFC反應器正常產電。
　　在以 NO為電子受體時，反應器內發(fā)現(xiàn)有亞硝酸鹽和硝酸鹽等氧化產物的積累，同時有氮氣和氨氮等還原產物的

3、生成。實驗構建了Cubic MFC和Membrane Cubic MFC兩種構型的反應器，同時利用電化學直接還原NO的方法探究了NO在陰極的轉化過程，結果表明體系內亞硝酸鹽和硝酸鹽等氧化副產物在反應過程中會大量積累，在較高電位和H+濃度較高條件下，NO還原產物可能為NH4+和N2，在較低電位下，NO還原產物可能為N2和N2O。
　　由于NO在水中溶解度低，導致傳質效率不高。因此，采用檸檬酸(CIT)亞鐵對NO進行絡合，并考察了絡合

4、物作為電子受體的可行性和影響因素。實驗結果表明，F(xiàn)e(III)CIT和Fe(II)CIT-NO作為 MFC陰極電子受體，再生 Fe(II)CIT是可行的。化學陰極條件下，陰極液 pH對 Fe(II)CIT-NO和Fe(III)CIT在陰極的還原和MFC產電性能影響明顯，pH值越低，MFC性能越好，同時初始Fe(III)CIT濃度越高，產電性能越好。
　　實驗設計了陽極為600 mL，陰極為180 mL的填料陰極反應器，在NO作為電

5、子受體時與600 mL的立方體反應器進行對比，考察了溫度，HRT和外電阻對MFC產電性能的影響，結果表明實驗室選擇最好30℃作為實驗溫度。設置水力停留時間分別為6 h，12 h和24 h進行比較，發(fā)現(xiàn)水力停留時間越短，MFC性能越高，NO去除效果越好。以不同外電阻運行后，小電阻對MFC產電和NO去除更好，實驗中20Ω時MFC產電性能較好同時NO去除率較高。即實驗室選擇30℃，HRT6小時，外電阻為20Ω時對產電最有利。同時填料陰極反應器