介体微生物燃料电池脱氨产电性能的研究

以三室微生物燃料电池(MFC)为研究对象,采用大肠杆菌(E.coli)作阳极催化剂,比较了在无外加中介体、以中性红(NR)做中介体、以新亚甲基蓝(NMB)做中介体3种情况下的脱氨氮产电性能。结果表明:添加中介体可以提高MFC的开路电压,缩短开路电压达到稳定的时间,以NMB做中介体MFC的开路电压更容易达到稳定值,而以NR做中介体MFC达到的稳定开路电压较前者高。添加中介体能缩短MFC的脱氨氮时间(脱氨氮效率达90%),以NMB做中介体的MFC脱氨氮所需时间更短。以NR做中介体MFC的输出电压更高,但随着时间的延长,以NMB做中介体MFC相比于前者输出电压衰减得慢,稳定性更好。     

应用一种无膜生物电化学系统还原冶铋废水中Cu(Ⅱ)的研究

考察了将一种放大的无膜生物电化学系统(Membrane-free Bioelectrochemical Systems,MF-BES)应用于阴极还原实际铋冶炼废水中Cu(Ⅱ)的可行性.在选定的预处理条件下(pH=2.47-3.27),废水中Fe3+沉淀分离的去除率最高达到(99.60±0.04)％,同时Cu2的损失率可控制在(9.31±0.06)％.循环伏安分析显示,酸性废水(pH=2.0)中的Fe3+/Fe2+等离子使Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)的还原峰负向移动,干扰铜还原反应的发生,加大了铜还原的难度.以含铜的铋冶炼工艺废水作为阴极液,Cu(Ⅱ)还原去除过程为一级动力学反应(R2 =0.985).120h内,MF-BES中的总铜质量由(87.56±4.38)mg降至(0.74±O.04)mg,去除率大于99％,出水含铜浓度(T[Cu] =0.15rmg/L)符合国家污水综合排放(GB8978-1996)一级标准.Cu(Ⅱ)被还原为晶体单质Cu,Cu2O和CuCl,并沉积在阴极板上.     

硫代氨基脲对铜阳极溶出和阴极沉积过程影响的CV和EQCM研究

Cu的阳极溶出和阴极沉积是镀铜、铜电解和有机电合成等领域中一个重要的过程.本文运用电化学循环伏安(CV)和石英晶体微天平(EQCM)方法研究了酸性介质中硫代氨基脲(HT)对铜阳极溶出和阴极沉积过程的影响.结果表明:在含HT的溶液中,铜阳极溶出和阴极沉积过程的M/n分别为33.0和31.6g/mol,是一个2-电子过程.实验条件下,HT能吸附在铜电极表面,阻化了铜的电极过程,但并不改变铜电极阳极溶出和阴极沉积的历程.本文从电极表面质量定量变化的角度提供了Cu阳极溶出和阴极沉积过程的新数据.     

微生物燃料电池同步去除硫化物及产电的对比研究

对比研究空气阴极单室与双室微生物燃料电池(MFC)在去除硫化物及产电性能。当硫化物浓度为100mg/L,共基质葡萄糖浓度为812 mg/L时,单室和双室MFC的最大开路电压分别达897.2 m V和821.7 m V,最大输出功率分别为340.0 m W/m~2和273.8 m W/m~2,库仑效率分别为5.6%和10.7%,单室MFC表现出更好的电能输出,而双室MFC的能量转化效率更高。单室MFC运行72小时后,含硫化物废水中的硫化物去除率为75.4%。含硫化物废水中的有机质也可以得到同步去除,TOC的去除率为17.8%。上述结果表明利用MFC去除硫化物并同步产电是可行的,阴极是系统的主要限制因素。     

ApoCopC与Cu(Ⅱ)相互作用的电化学研究

ApoCopC自组装修饰到金电极上,利用循环伏安法研究了apoCopC与Cu(Ⅱ)的相互作用.发现Cu(Ⅱ)在apoCopC/Au电极上出现氧化还原峰,氧化和还原峰电位分别位于0.29 V和0.09 V,形式电位E0′为0.19 V,与裸Au电极相比,峰位发生明显位移.这表明apoCopC吸附在电极表面并且Cu(Ⅱ)与apoCopC结合生成配合物.研究了扫描速率、不同浓度下,Cu(Ⅱ)在apoCopC修饰的金电极上的循环伏安行为.计算出Cu(Ⅱ)在apoCopC修饰的金电极上的表面电子传递系数α=0.5,电子转移速率常数k=0.75 s-1.     

交联聚邻苯二胺对水溶液中Cu(Ⅱ)的电化学去除性能研究

为了改善导电聚合物基电极材料在电化学还原去除水溶液中Cu(Ⅱ)的效果,采用交联改性法制备了交联聚邻苯二胺(交联PoPD),并采用红外吸收光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X-射线粉末衍射(XRD)、N₂吸脱附曲线(BET)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等手段对其进行了表征。以交联PoPD涂覆的石墨电极为工作电极,利用电化学还原电沉积法去除水溶液中的Cu(Ⅱ),筛选出电化学还原法的最适宜条件：电极电位为-0.4 V,Cu(Ⅱ)的初始质量浓度为15 mg/L,溶液的初始pH为4,电解时间为10 h,在此条件下Cu(Ⅱ)去除率可达83.28%,并且电沉积过程遵循准一级动力学模型,电极重复使用5次后脱附率保持在94.09%以上。电化学还原法去除Cu(Ⅱ)前后工作电极的SEM、SEM-mapping以及BET测试结果表明：Cu均匀沉积于电极表面,Cu(Ⅱ)的去除为吸附与电沉积的共同结果。以上结果表明交联PoPD在水体重金属离子的电化学法去除方面具有一定的应用潜能。     

铜离子在4-甲氧基-2,6-二(3,5-二甲基吡唑)-1,3,5-三嗪吸附型修饰电极上的电化学行为

用循环伏安法和方波伏安法研究了铜离子在4 甲氧基 2,6 二(3,5 二甲基吡唑) 1,3,5 三嗪(简称MBDT)吸附型修饰电极上的电化学行为.通过吸附在玻碳表面的配体与铜离子的配位作用,对Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)进行了电分析,结果表明,Cu(Ⅰ)在修饰电极上表现出比Cu(Ⅱ)高得多的灵敏度.     

电化学聚合聚苯胺修饰电极对微生物燃料电池产电性能的影响研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种新能源,符合人们绿色环保、可持续发展的发展理念,在MFC中,阳极材料与菌体之间的电子传递情况是制约其性能提升的主要因素.本文主要探索了方便快捷的电化学方法所得到的聚苯胺修饰阳极碳毡电极对MFC产电性能的影响情况.通过扫描电镜可以观察到阳极碳毡电极表面形成了具有一定形态的聚合物.对MFC的电压数据进行分析,表明修饰聚苯胺的碳毡电极最大输出电压可达到(330±5) mV,比对照组的空白碳毡电极提高了365%;且其最大功率密度达到了(425±5) mW·m~(-2),是对照组的6倍.实验结果表明:电化学聚苯胺修饰电极可有效利用聚苯胺导电性好、生物相容性高的优点提高MFC的产电性能.     

微生物燃料电池性能优化及微生物分析

为了进一步提高微生物燃料电池的运行性能,提高硝酸盐降解率及改善电能输出情况,以城镇污水处理厂二沉池污泥为接种源,硝酸钠为电子受体运行典型单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)。以1g/L无水乙酸钠、50 mmol/L磷酸盐缓冲液为模拟废水成功启动MFC,运行稳定后,通过碳源、碳氮比(C/N)、硝酸盐浓度、温度4个因素来优化MFC运行性能。实验结果表明:在温度为30℃、无水乙酸钠为碳源、C/N=5∶1、硝酸盐质量浓度为200mg/L时MFC运行性能最佳,硝酸盐去除率均可达到90%以上,最大电压可达到0.462V。最佳状态下经6个周期运行,MFC最高电压为0.62V,功率密度高达4.53 W/m2;交流阻抗分析最佳运行状态下MFC内阻为130Ω,扫描电镜观察到电极表面微生物种类及数量均明显增多。研究证明MFC可以作为含硝酸盐废水产能净化的有效技术。     

含铝络合离子在铜电极上的电沉积

采用循环伏安法研究了含铝络合离子在铜电极上的电沉积,以探明含铝络合离子在铜电极上的电极过程及表面合金化.循环伏安结果表明,含铝络合离子在铜电极上还原时,铝络合离子首先被还原为金属铝,接着生成的金属铝与铜基体形成铜铝合金.电沉积实验后采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线物相分析仪对样品进行形貌表征及成分分析,扫描电镜及样品侧面线扫描照片结果表明,含铝络合离子在铜电极上析出时与铜基体形成合金,具有明显的过渡层.X射线物相分析结果表明合金为AlCu和Al2Cu,这与铝在铜电极上的循环伏安曲线相吻合,即生成两种新的产物铜铝合金.     

水杨醛缩甘氨酸Schiff碱,2-氨基吡啶或甲醇混配Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Ni(Ⅱ)金属配合物的电化学合成及表征

采用金属Cu,Zn,Ni为"牺牲"阳极,在无隔膜电解槽和含配体水杨醛缩甘氨酸Schiff碱、2-氨基吡啶的甲醇溶液中首次电解合成了Cu(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Ni(Ⅱ)配合物.利用元素分析、质谱、核磁、红外光谱、紫外光谱、热分析对配体和配合物进行了表征,确定了配合物的化学组成为ML.L.′nH2O[L=C9H7NO3,(M=Cu(Ⅱ),L′=CH3OH,n=0;M=Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ),L′=2-氨基吡啶n=1)].电合成Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)配合物的电化学效率Ef接近0.5 mol.F-1,电极反应为2电子反应,电合成Cu(Ⅱ)配合物的电化学效率Ef接近1.0 mol.F-1,电极反应为1电子反应,Schiff碱配体均以三齿进行配位.Cu(Ⅱ)配合物中Cu(Ⅱ)(L)L′/Cu(I)(L)L′电对的可逆半波电位Er1/2为-1.225 V(vs SCE).     

μη2:η2［Cu2O2］2+和Bis(μoxo)［Cu2O2］2+的密度泛函理论研究

酪氨酸酶是一种能氧化酪氨酸残基为对苯醌的生物活性酶,其活性部位含有双铜核心并参与氧化还原反应.实验证明这两个铜核心易与氧气结合生成两种异构体μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)和bis(μ-oxo)Cu2O2(Ⅲ), 且它们具有不同的电子结构和化学性质.用量子化学密度泛函理论对乙(撑)二胺和乙腈配合的μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)和bis(μ-oxo)Cu2O2(Ⅲ)进行了理论研究,结果表明该两种异构体能量差别较小,相互转化的势垒较低.μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)中的Cu-O主要是离子键,Cu2O2呈“Z"构型     

Cu(Ⅱ)-α-氨基酸配合物溶液在金电极上的电化学行为

在金电极上,用循环伏安法对Cu(Ⅱ)与甘氨酸(Gly)、亮氨酸(Leu)和组氨酸(His)3种α-氨基酸形成的二元及混配配合物溶液的电化学行为进行了初步研究,并讨论了不同介质的影响.研究结果表明,在-0.20- 0.60V或-0.10- 0.60V(vs.SCE)电位范围内,以KNO3介质或磷酸盐缓冲溶液(pH=7.2)为底液时,Cu(Ⅱ)及其配合物的循环伏安曲线都出现了一对稳定的氧化还原峰,从峰电位可知,此对氧化还原峰应为Cu(Ⅱ)还原为Cu(Ⅰ)的电极反应过程.     

Cu(Ⅱ)-胺配合物催化1,1,-联-2-萘酚氧化的循环伏安法研究

用循环伏安法研究了Cu (Ⅱ )_胺配合物的电还原性质 ,实验结果表明 :铜胺配合物可以键合O2 ,并催化O2 的还原。Cu (Ⅱ )也能与 1 1 _联_2_萘酚配合 ,但是配合物不能键合O2 ,不能催化O2 的还原。所以铜胺配合物键合并活化了O2 ,具有模拟酶的特征。     

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

通过构建一种新型的无膜单室土壤微生物燃料电池(MFC),考察了电极间距和外接电阻对土壤MFC产电性能的影响,并对阳极微生物群落结构进行分析.研究结果表明,电极间距和外接电阻对土壤MFC的输出电压和最大功率密度有显著的影响.当间距从4 cm增大到12 cm时,土壤MFC的输出电压、最大功率密度呈现出先升高后降低的趋势;阴极淹没在1 cm水层以下时,其输出电压显著降低至30 mV左右,最大功率密度为4.67 mW/m~2;外接电阻从300Ω增大到2 000Ω时,土壤MFC的输出电压从80 mV增大到了330 mV,最大功率密度从14.33mW/m~2增大到了60.40 mW/m~2.电极间距的增加或外接电阻的增大对阳极电势有显著影响,而阴极电势并没有发生差异性变化.通过高通量测序分析发现,土壤MFC和开路对照组中的阳极微生物群落结构存在显著差异.产电菌Deltaproteobacteria,Desulfuromonadales和Geobacteraceae在土壤MFC中是优势种群,其中Deltaproteobacteria的相对丰度高达24.91%,Desulfuromonadales和Geobacteraceae的相对丰度也远高于开路对照组.     

氯化物水溶液中Cu(Ⅱ)离子在钛电极上阴极还原

本文采用多种电化学力法探讨了酸性氯化物水溶液中Cu(Ⅱ)离子在钛电极上阴极还原的电极过程动力学规律与反应机理。在酸性氯化物水溶液中,Cu(Ⅱ)离子主要以CuCl_4~(2-)络离子形式存在。CuCl_4~(2-)络离子经历离解一个配位氯离子的前置转化反应后在钛电极上分步还原,电极过程为第一个电荷传递电化学反应所控制。由于岐化反应作用,电极过程在钛电极上析出金属铜以后转变为扩散传质步骤所控制。     

微生物燃料电池聚苯胺膜阳极的制备及性能

 分别用恒电压法、脉冲极化法、循环伏安法制备聚苯胺(PANI)膜阳极,并应用于固定床微生物燃料电池(MFC),考察其产电及污水处理性能。结果表明,与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极导电性最好,且其电极电阻(3.65 Ω)与恒电压法制备的电极电阻(55.45 Ω)相比降低了51.8 Ω。循环伏安法制备的PANI 膜阳极应用于MFC,最大功率密度和开路电压分别为215.6 mW·m^-2和849.3 mV,比恒电压法制备的PANI 膜阳极MFC 最大功率密度和开路电压分别提高了50.6%和45.1%。与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极,可一定程度上缩短MFC 启动时间,增加电池产电稳定性,提高MFC 对污水有机物的去除率,为MFC 高性能阳极的制备提供了一种新途径。     

交联化海藻酸钠-羟乙基纤维素复合膜吸附水中Cu(Ⅱ)的性能研究

将海藻酸钠与羟乙基纤维素混合,采用戊二醛交联,制备得到复合膜(GHS),并将其用于吸附去除含铜废水中的Cu(Ⅱ);同时,考察吸附剂投加量、溶液初始pH值、初始浓度和接触时间等因素对Cu(Ⅱ)去除效果的影响﹒研究表明:GHS对Cu(Ⅱ)的吸附在60 min时基本达到平衡,溶液初始pH值为6时达到最佳吸附效果;其吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,且吸附动力学过程符合准二级动力学(R20.999);pH值影响及D-R模型分析结果表明GHS吸附Cu(Ⅱ)机理主要表现为离子交换﹒     

生物阴极微生物燃料电池预处理酸性重金属矿井废水

采用以污泥+葡萄糖为有机底物,硫酸根离子为电子受体、碳毡吸附固定化硫酸盐还原菌为生物阴极、碳布为阳极的双室微生物燃料电池,处理模拟酸性重金属矿井废水.构建不同的外接电阻(分别为100Ω、1000Ω)MFC系统和开路常规生化处理对比,废水初始pH=4,Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe初始质量浓度均为20mg/L.结果表明,MFC外接电阻100Ω时,对Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、总Fe的去除率分别达到99.45%、99.68%、99.65%、98.34%、98.99%;COD、SO2-4的最大降解速率分别为83.4和23.9mg·L-1·d-1,比开路常规生化处理分别提高了15%和181%;同时pH有效提升至中性.表明了微生物燃料电池的对于传统生物法处理酸性矿井废水有预调节作用.     

氯盐溶液中Cu(Ⅱ)离子在拍电极上的阴极还原

本文采用几种电化学研究方法探讨了酸性氯盐水溶液中Cu(Ⅱ)离子在铂电极上阴极还原生成金属铜的反应机理和电极过程动力学规律。在氯离子的摩尔浓度为1.5～4.0的酸性氯盐水溶液中,Cu(Ⅱ)离子主要以CuCl_4~(2-)络合离子形式存在,而CuCl_4~(2-)络合离子离解一个配位氯离子后在铂电极下进行分步放电还原生成金属铜。电极过程表现为扩散传质步骤控制的动力学规律。