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摘要微生物燃料电池(microbial fuel cell，MFC)是一种以微生物作为催化剂，将有机物的化学能转化成电能的新型生物能源技术。对硝基酚（p-nitrophenol，PNP)是一种有毒难降解的化工原料，将对硝基酚作为 MFC 阴极的电子受体，有望利用生物阴极微生物的呼吸作用还原对硝基酚，实现含对硝基酚废水的资源化和能源化。本论文将对在选定的对硝基酚浓度下，考察生物阴极强化降解对硝基酚的效率、对氨基酚的生成率,并在阳极进行阴极还原产物对氨基酚的同步氧化。采用生物阴极、化学阴极、空气阴极三种方式运行反应器，探索阳极、阴极协同降解硝基酚的可行性。实验结果显示，在对硝基酚浓度为 50 mg/L,对氨基酚（p-aminophenol,PAP）浓度为 20 mg/L时，阴极硝基酚的还原率6天运行周期生物阴极可达 95.8%,化学阴极可达 90.5%。阳极对氨基酚降解率 98.5%。三种运行方式中，生物阴极对降解对硝基酚效果最好。本研究表明在 MFC 中可实现硝基酚在阳极、阴极的协同降解。 41685
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毕业论文关键词 微生物燃料电池 对硝基酚 协同 降解
Title Degradation efficiencies of nitrophenols in synergetic cathode and anode of microbial fuel cells
Abstract Microbial fuel cell (microbial fuel cell, MFC) is a new bioenergy technology which could produce electrical energy from organic chemical energy using.microorganisms as catalysts. P-nitrophenol（p-nitrophenol, PNP) is a kind of toxic and refractory chemical raw material. It was used as an electron acceptor in MFC, and expected to be reduced with the help of microbial respiration in biological cathode. Nitrophenol wastewater recycling and reusing will also be realized in this process. Efficiencies of nitrophenol reduction, amino phenol production in the cathode were investigated at the selected concentration of nitrophenol. Oxidation of aminophenol was also studied at the same time in the anode. Biological cathode, chemical cathode, and air cathodes were used to run the reactor, to explore the feasibility of synergistic anode and cathode degradation of nitrophenols. Experimental results showed that with the concentration of p-nitrophenol 50 mg / L, p-aminophenol (p-aminophenol, PAP) concentration of 20 mg / L, the reduction rate of the cathode nitrophenols up to 95.8% in biological cathode and 90.5% in chemical cathode in 6 days running period , the degradation rate of the anode aminophenol up to 98.5%. Reactor with biological cathode preformed the best in the three modes. This study indicates that synergistic anode and cathode degradation of nitrophenols can be achieved in the MFC.
Keywords Microbial fuel cells p-nitrophenol Synergy Degradation
目录
1引言.1
1.1课题研究背景1
1.2微生物燃料电池阴极概述.3
1.3对硝基酚与对氨基酚的概述4
1.4研究内容与意义..7
2实验材料与方法..9
2.1实验材料9
2.2实验装置.10
2.3实验方法与数据收集11
3结果与讨论13
3.1对硝基酚降解情况13
3.2阴极对氨基酚生成情况14
3.3阳极对氨基酚降解情况.16
3.4反应器产电情况分析17
结论.19
致谢.20
参考文献..21
1 引言 1.1 课题研究背景 近些年，化工生产发展迅速，这固然给人类的发展带来了庞大的经济效益，但同时也对环境造成了巨大的毁坏。这其中就以硝基酚化合物为典型。硝基芳香族化合物是一类重要的化工产品，普遍应用于农药、杀虫剂、除草剂、医药、染料以及火炸药等化工产品中，伴随着废水的排放，硝基芳香族化合物也将随之进入到环境之中， 对环境造成无法估计的后果[1]。硝基芳香族化合物能在环境中稳定地存在，并极有可能随食物链的传递层层累积，对人类的健康造成很大的危害， 还有可能导致严重的环境污染问题[2]。由于硝基芳香族化合物有很大的毒性，同时对环境也会造成很大的污染，所以无论是从环境保护的角度还是工业生产的角度，处理降解含硝基芳香族化合物废水都是紧急而必需解决的问题。对硝基酚的工业产量大、用途广，但环境危害也较大，对其进行降解消除处理的研究的实际意义就显得非常重大。 微生物燃料电池(microbial fuel cell，MFC)是一种用微生物作为催化剂，把有机化合物中的化学能转化成电能的一种新型的生物能源技术[3]。目前地球上环境污染，资源短缺的问题很严重，传统的物理化学方法存在效率低，费用高等问题，然而 MFC 在处理有机废物(包括有机废水和有机固体废弃物)方面有其特定的优势，它在处理废物的同时还可以发电，这实现了废物处理与能源回收的双赢。MFC 的产电机制可分为 5 个步骤：底物生物氧化、阳极还原、外电路电子传输、质子迁移、阴极反应[4]。因为其电池输出功率低，故很难应用于工业化生产中。目前人们主要可以通过改进电池结构，优化电极材料等方法提高电池的输出功率，从而使微生物燃料电池能够广泛应用于工业生产中。