微生物燃料电池藻阴极性能比较及膜污染分析

为考察藻种类及阴极材料对藻阴极型微生物燃料电池性能的影响,以微藻及水绵为阴极生物,分别采用碳毡,碳纸,载铂碳纸为阴极材料,构建了微生物燃料电池。结果显示,以碳毡作为阴极材料时,2种藻阴极微生物燃料电池最大功率密度均高于以碳纸为阴极材料时相应的功率密度。采用载铂碳纸为阴极材料、天然湖水为阴极液,微生物燃料电池最大功率密度分别达到165.1 m W/m2(微藻阴极)和119.9 m W/m2(水绵阴极)。电化学测试表明,藻类生长形态影响了阴极的电化学特征,进而影响到了微生物燃料电池的性能。藻阴极MFC长期运行时,膜污染是藻阴极微生物燃料电池功率密度下降的关键因素之一。SEM-EDS分析显示,膜两侧污染主要原因分别是微生物生长和磷酸盐晶体沉积。     

光合产电微生物群落构建及光照培养对其产电性能的影响

采用淡水沉积物为接种来源,培养出光合产电微生物群落。将其与藻阴极联用组建了完整的光合作用微生物燃料电池时,功率密度达到(157.5±3.1)m W/m2。采用循环伏安法及电化学阻抗谱对该群落的电化学性能进行了测试。PCR-DGGE及紫外可见吸收光谱分析显示,该群落含有Ectothiorhodospiraceae科及Chloroflexi门不产氧光合细菌、产电菌Arcobacter butzleri、发酵细菌及其他细菌。对该群落进行长期黑暗培养或长期光照培养时,其产电性能均得到了提高,但功率密度测试显示,光照培养微生物燃料电池最大功率密度为(180.1±8.7)m W/m2,高于黑暗培养的微生物燃料电池(160.7±11.4)m W/m2。电化学测试也显示,光照培养的阳极产电性能优于黑暗培养的阳极。     

稳恒磁场作用下微生物燃料电池的产电特性和电化学阻抗谱分析

对混合菌接种的双室微生物燃料电池加载磁场强度为175 mT的稳恒磁场,利用电化学交流阻抗等电化学分析方法,考察了在磁场作用下微生物燃料电池（MFC）产电性能的变化,分析了磁场对MFC各部分内阻的影响。加载磁场使已启动完成的MFC的产电明显增强,开路电压提高了10%。加载磁场后最大功率密度为2.08 W/m2,大于加载前的1.58 W/m2,表观内阻由170Ω降至80Ω。电化学阻抗谱分析确定了阳极、阴极和全电池的等效电路模型,拟合结果发现阳极极化内阻约为5Ω。加载磁场使MFC的阴极极化内阻由74.98Ω降至56.73Ω。     

生物质活性炭纤维笼电极微生物燃料电池产电性能

首次构建了以生物质活性炭纤维笼电极为空气阴极的微生物燃料电池(biomass activated carbon fiber cageshaped air-cathode microbial fuel cell,BACFC-ACMFC),并以厌氧污泥接种,以葡萄糖作为碳源,研究了该MFC在连续运行条件下的产电性能、电池内阻情况和最优运行条件。结果表明:在一个运行周期内,该MFC最佳运行条件为:体积浸没比为50%、p H=8、污泥投加量为1.8 g·L-1。当外接电阻为1 000Ω时,该MFC最大输出电压为257.89 m V,最大输出功率密度为4 082.99 m W·m-3,电池内阻为419.88Ω,与目前其他阴极材料的微生物燃料电池相比,该新型生物质活性炭纤维笼空气阴极微生物燃料电池功率密度较高,内阻较低。SEM分析可知,阴极具有较大的比表面积和孔隙率,有利于与氧气的充分接触。在浸入溶液中的半面阴极上发现大量微生物附着,这可能和氧气还原有关。     

玉米秸秆生物炭电极用于微生物燃料电池脱硫反硝化性能

研究了玉米秸秆生物炭作为微生物燃料电池电极的性能。阳极以S^2-为单一电子供体,阴极以NO3^-为电子受体,以碳毡为对照电极,考察玉米秸秆生物炭电极用于生物燃料电池同步脱硫反硝化的电化学性能、产电性能以及污染物去除能力,分析了不同硫氮质量浓度比对生物炭电极微生物燃料电池脱氮除硫效率以及输出电能的影响。结果表明,玉米秸秆生物炭电极微生物燃料电池实现了更高的交换电流密度(22.42×10^-3 A·cm^-2)和更低的电荷转移电阻(4.24Ω)。与碳毡电极相比,玉米秸秆生物炭电极微生物燃料电池最大输出电压和最大功率密度分别提升了18.91%和16.67%。当硫氮比为5:4时,反应器脱硫反硝化和产电能力最佳。阳极室S^2-出水质量浓度由120 mg·L^-1降至1.08 mg·L^-1,去除率为99.1%,其中76.52%转化为SO₄^2--S,阴极室NO₃^--N去除率...     

碳毡和碳布2种生物阴极材料微生物燃料电池产电性能

为了降低构建微生物燃料电池(MFCs)的成本,比较了以碳毡和碳布作为阴极材料,在阴极利用功能微生物作为催化剂时电池的产电性能。结果表明,两电池启动时间基本相同,20 d左右达到稳定,但稳定期碳布作阴极的电池电压比碳毡作阴极的电池电压高出了60 mV左右。碳毡和碳布作阴极时,电池在10 d和20 d的最大功率密度分别由10.24和11.14 mW/m2提升到了18.18和30.15 mW/m2,相应内阻则分别由1 000和600Ω降到了250和200Ω。循环伏安法(CV)显示两材料单独做电极时氧化还原情况相似,扫描电镜(SEM)观察到两者不同表面特性导致碳毡对污泥附着强于碳布,进而使氧气传递受到限制,产电降低。     

Ag-石墨烯的制备及修饰电极对对苯二酚的电催化氧化

以石墨为原料,用改进的Hummers法制备了氧化石墨(GO),以葡萄糖为还原剂,采用一步还原法制备了Ag-石墨烯(Ag-Gr)纳米复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等手段对复合材料的结构及形貌进行了表征,并用循环伏安法考察了复合材料的电化学性能。结果表明:氧化石墨和银离子在葡萄糖的作用下,氧化石墨失去部分含氧官能团,被还原为石墨烯(Gr),银离子被还原为银纳米颗粒,均匀分布在石墨烯片层表面;在p H值为7.0,Ag-石墨烯浓度为2.5 mg/m L时,Ag-石墨烯修饰玻碳电极对对苯二酚具有良好的电催化氧化作用。     

微生物燃料电池修复石油污染盐碱土壤

生物电化学技术修复石油污染土壤并同步产出电能是一种新兴的污染土壤生态修复技术。对石油污染土壤通过其微生物燃料电池的构造,利用电化学阻抗谱分析了土壤的欧姆内阻,拟合估算了土壤的电导率,并考察了土壤微生物燃料电池的产电性能和修复效果。结果表明:采用丙酮清洗过的阳极并有水封的情况下,土壤微生物燃料电池的欧姆内阻下降了52%,电导率升高了1倍;在启动后的120 h内,最大电压和累计产出电量分别达189 m V和36 C,与对照相比分别增加了20和29倍。输出电压随着阴极与阳极之间距离的增大而减小。经过30 d的生物电化学处理,土壤中的总石油烃去除率是开路对照的3.3倍。该研究是石油污染盐碱土壤生物电化学修复的初步探索,以为污染土壤的生态修复提供新的思路。     

石墨烯氧化物气凝胶修饰金属阳极促进微生物燃料电池的产电性能

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极的比表面积、生物相容性以及导电性被认为是影响微生物燃料电池产电性能的关键因素。三维金属阳极因其导电性强、比表面积较二维电极材料大等优点可用来取代碳基电极。为了提高微生物燃料电池的产电性能,本研究选用2种具有三维结构的不锈钢刷(SSB)和泡沫镍(Ni-foam)为金属阳极基材,并将石墨烯氧化物(GO)通过一步冷冻干燥法合成石墨烯氧化物气凝胶复合金属电极(GOA-SSB/Ni-foam),将其作为阳极进行MFC的产电性能研究。结果显示:在MFC运行中,GOA-SSB和GOA-Ni-foam作为阳极,最大功率密度分别达到490和119m W·m~(-2),比未修饰SSB和Ni-foam提高8.1和5.5倍。扫描电镜(SEM)表征显示三维复合金属阳极表面附着的微生物量远高于未修饰电极,且未修饰的SSB和Ni-foam电极表面较GOA-SSB和GOA-Ni-foam电极表面腐蚀更严重,说明GOA不仅可提升阳极比表面积、生物相容性还可减缓阳极基材的腐蚀。电化学阻抗(EIS)结果表明GOA-SSB和GOA-Ni-foam阳极相比于未修饰阳极能够极大的降低传荷电阻,证实GOA修饰阳极加快了电子传递速率。另外,拉曼(Raman)表征显示Shewanella oneidensis MR-1菌可原位还原GOA,佐证了GOA修饰阳极运行后欧姆内阻降低的原因。     

氧化、还原改性对活性炭吸附草甘膦的影响

研究了氧化、还原改性对活性炭吸附草甘膦的影响.以傅立叶红外光谱定性表面官能团变化,以扫描电镜观察表面形貌,以化学吸附分析仪测定后再通过测定样品的氮气吸附/脱附等温线计算比表面积和孔径.结果表明:(1)氧化改性使活性炭比表面积增大;还原改性使活性炭比表面积减小.还原阶段使先前氧化阶段中产生的孔道以及原有孔道均发生塌陷,导致还原改性活性炭比表面积减小.(2)在静态吸附的条件下,氧化改性和还原改性活性炭对草甘膦的吸附均为吸热反应.还原改性在活性炭表面产生的还原性官能团有利于活性炭对草甘膦的吸附,而氧化改性产生的氧化性官能团并不利于活性炭对草甘膦的吸附.(3)热力学参数的计算进一步表明,改性活性炭对草甘膦的吸附为吸热反应.     

V2O5-TiO2-AlF3/Al2O3催化臭氧化2,4-滴丙酸的氧化效能

为了提高有机物的臭氧化降解效率,工作中利用浸渍法制备了一种新型的三组分催化剂(记为V2O5-TiO2-AlF3/Al2O3)。催化臭氧化降解2,4-滴丙酸的实验结果表明,该催化剂能有效提高臭氧化的效率,体系可能遵循羟基自由基的作用机理。利用相对法计算结果表明,与单独臭氧化相比,V2O5-TiO2-AlF3/Al2O3催化臭氧化体系具有更大的Rct值。重复实验结果表明,该催化剂具有相对较好的稳定性。以上研究结果对推广催化臭氧化技术在实际废水处理中的应用具有重要的实际意义。     

以PEG为模板剂制备Bi_2O_2CO_3及其可见光光催化性能

以聚乙二醇-6000(PEG-6000)为模板剂水热法制备碳酸氧铋(p-Bi2O2CO3)粉末,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射(DRS)对粉末进行了初步表征。在可见光(λ≥420 nm)照射下,以罗丹明B(RhB)和水杨酸(SA)光催化降解实验为探针反应,实验结果表明,p-Bi2O2CO3具有较高的光催化活性,对RhB和SA有较好的降解效果。通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(IR)和测定总有机碳(TOC)含量,光催化反应35 h后RhB的矿化率为77%,同时对SA的降解率达到43%。同时,采用N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法和对苯二甲酸荧光光度法分别测定了降解过程中H2O2和羟基自由基(·OH)的变化,表明p-Bi2O2CO3/Vis光催化降解机理涉及到·OH历程。     

Degradation of paracetamol by advance oxidation processes using modified reticulated vitreous carbon electrodes with TiO2 and CuO/TiO2/Al2O3

The degradation of paracetamol in aqueous solutions in the presence of hydrogen peroxide was carried out by photochemistry, electrolysis and photoelectrolysis using modified 100 pores per inch reticulated vitreous carbon electrodes. The electrodes were coated with catalysts such as TiO₂ and CuO/TiO₂/Al₂O₃ by electrophoresis followed by heat treatment. The results of the electrolysis with bare reticulated vitreous carbon electrodes show that 90% paracetamol degradation occurs in 4 h at 1.3 V vs. SCE, forming intermediates such as benzoquinone and carboxylic acids followed by their complete mineralisation. When the electrolysis was carried out with the modified electrodes such as TiO₂/RVC, 90% degradation was achieved in 2 h while with CuO/TiO₂/Al₂O₃/RVC, 98% degradation took only 1 h. The degradation was also carried out in the presence of UV reaching 95% degradation with TiO₂/RVC/UV and 99% with CuO/TiO₂/Al₂O₃/RVC/UV in 1 h. The reactions were followed by spectroscopy UV-Vis, HPLC and total organic carbon analysis. These studies show that the degradation of paracetamol follows a pseudo-first order reaction kinetics.     

微波促进含Cr(VI)-H2O2体系降解甲基橙溶液的研究

研究了微波辐射下Cr(VI)－H₂O₂催化降解甲基橙溶液的行为，探索了微波功率、微波辐射时间、pH值、H₂O₂浓度、Cr(VI)等对甲基橙溶液脱色率和COD去除率的影响。研究结果表明，Cr(VI)-H₂O₂能形成类Fenton体系；微波辐射可提高H₂O₂产生羟基自由基(·OH)的效率。1000 mg/L的甲基橙溶液，在Cr(VI)浓度为10.0 mmol/L、pH值为2.5、H₂O₂浓度为20.0 mmol/L、微波功率为700W下加热2 min，甲基橙溶液的脱色率为99.2%，COD去除率为82.8%。     

Fe~(3+)掺杂TiO_2/凹凸棒复合材料的光催化性能

采用酸催化的溶胶-凝胶法制备了一系列Fe3+掺杂TiO2/凹凸棒(Fe3+-TiO2/ATP)复合光催化剂材料。在可见光条件下,以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解反应,评价了样品的光催化性能,研究了TiO2负载量、Fe3+掺杂量和焙烧温度对复合材料光催化性能的影响。在单因素实验的基础上,采用正交实验设计(L25(53))优化了催化剂的制备条件。光催化实验结果表明,MB在复合材料上的光催化降解反应遵循Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模型。正交实验结果表明,当TiO2负载量为15%、Fe3+掺杂量为0.5%和焙烧温度为550℃时,得到的复合材料对MB的光催化降解效率最佳,测得表观反应速率常数kapp为6.09×10-3min-1,反应4 h后MB的降解率(Dt)可达75.88%,相同实验条件下与P25(1.51×10-3min-1)相比较,反应速率提高了4.03倍,降解率提高了45.05%。另外,复合材料的沉降性能优于P25,易于分离,是一类有应用前景的复合光催化剂。     

纳米TiO2/硅藻土光催化降解废水中二甲胺

通过凝胶-溶胶法制备纳米TiO2/硅藻土复合催化剂,对常见工业难降解有机污染物二甲胺(DMA)进行了降解实验.采用扫描电镜和X射线衍射技术对催化剂能进行了表征,考察了废水初始浓度、pH、催化剂用量、外加氧化剂对DMA光催化降解效果的影响,进行了降解动力学和降解机理的分析.结果表明,所制催化剂为锐钛矿和金红石混合晶型,均达纳米级,对中低浓度(≤400 mg/L)DMA废水具有良好的降解效果.常温常压、18W紫外汞灯下,3 g/L TiO2/硅藻土对DMA废水(400 mg/L)降解率可达70％以上;其降解反应符合Langmuir-Hinshelwood动力学模型;其可能的降解途径为:二甲胺(DMA)→甲胺(MA)→CO2/CO32-、H2O和NH4+.     

Stable isotope signatures reflect competitiveness between trees under changed CO2/O3 regimes

Here we synthesize key findings from a series of experiments to gain new insight on inter-plant competition between juvenile beech (Fagus sylvatica) and spruce (Picea abies) under the influence of increased O₃ and CO₂ concentrations. Competitiveness of plants was quantified and mechanistically interpreted as space-related resource investments and gains. Stable isotopes were addressed as temporal integrators of plant performance, such as photosynthesis and its relation to water use and nitrogen uptake. In the weaker competitor, beech, efficiency in space-related aboveground resource investment was decreased in competition with spruce and positively related to Δ¹³C, as well as stomatal conductance, but negatively related to δ¹⁸O. Likewise, our synthesis revealed that strong belowground competition for water in spruce was paralleled in this species by high N assimilation capacity. We suggest combining the time-integrative potential of stable isotopes with space-related investigations of competitiveness to accomplish mechanistic understanding of plant competition for resources.     

六氯苯的O3及UV/O3高级氧化降解试验研究

采用O₃、UV/O₃高级氧化法对水中六氯苯（HCB）的降解效果及机理进行了研究，并对结果进行了比较，结果表明，UV本身对HCB的去除率贡献不大，HCB可被O₃、UV/O₃快速降解，即UV＜O₃＜UV/O₃；O₃、UV/O₃作用时，提高体系的初始pH值不利于HCB的降解，在pH＝3，HCB=0.2 mg/L，反应40 min时，HCB的去除可达50%左右，酸性条件下有利于降解反应的进行；无论是O₃单独作用还是UV/O₃联合作用，HCB的降解基本上满足准一级反应动力学规律，如果体系的pH值基本保持恒定，这种规律就更为明显。根据离子色谱(IC)、GC对六氯苯降解中间产物进行了测定，探讨了O₃、UV/O₃降解六氯苯的途径和机理。     

Fe2O3-Cr2O3/TiO2系列催化剂的结构和脱硝性能

研究以纳米TiO2为载体,浸渍负载过渡金属氧化物,以CO为还原剂的脱硝催化剂的脱硝性能。实验中以计算量的Ni(NO3)2和Fe(NO3)3混合溶液浸渍纳米TiO2粉末,室温下搅拌30 min至混合均匀,放入旋转蒸发器中,70℃下至水分蒸干为止;所得粉末在550℃下、空气气氛中焙烧4 h即得所需催化剂。用以上方法分别制备2%Fe2O3-10%Cr2O3/TiO2、4%Fe2O3-8%Cr2O3/TiO2、6%Fe2O3-6%Cr2O3/TiO2、8%Fe2O3-4%Cr2O3/TiO2与10%Fe2O3-2%Cr2O3/TiO2等5种催化剂样品。实验结果表明,制备的催化剂具有较好的结构,分散较为均匀。对于CO+NO反应,Fe2O3-Cr2O3/TiO2系列催化剂具有较好的催化活性,NO的转化率都达到了100%。其中,10%Fe2O3-2%Cr2O3/TiO2样品具有最好的低温活性,H2-TPR结果表明,这是由于10%Fe2O3-2%Cr2O3/TiO2催化剂更易于被CO预还原。     

改良型A2/O-MBR工艺的反硝化除磷性能研究简

重点考察了一种改良型膜生物反应器（A²/O-MBR）的脱氮除磷性能。该工艺主要特点在于对膜池硝化回流液进行了固液分离，并将上清液和浓缩污泥分别回流至缺氧池和厌氧池，这种改进提高了系统对氮、磷的同步去除效率。实验结果表明，在水力停留时间（HRT）为12 h，污泥龄（SRT）为30 d，混合液回流比为200%的运行条件下，进水COD、NH₄⁺-N、TN和TP平均浓度分别为（225±38）、（24.8±3.9）、（26.7±2.9）和（2.90±0.53）mg/L时，增加膜池硝化回流液固液分离装置前后，系统对COD和NH₄⁺-N的去除都维持在较高水平，而系统对TN和TP的去除效果显著提高，出水TN和TP平均浓度分别由（14.9±3.3）mg/L和（1.95±0.72）mg/L下降到（9.4± 1.9）mg/L和（0.91±0.38）mg/L，表明增加膜池硝化回流液固液分离装置显著改善了A²/O-MBR系统的脱氮除磷效果。反硝化除磷活性实验结果进一步表明，改进后系统中反硝化除磷活性占总除磷活性的比例由51.5%上升至61.7%，说明增加膜池硝化回流液固液分离装置强化了系统的反硝化除磷性能。