苯酚丙酮为基质的SPEEK-PEM-MFC的性能研究

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随着苯酚丙酮的广泛应用,其工业废水带来的污染问题也越来越严重,寻求一种高效低耗的处理方式迫在眉睫。微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是近年来新兴的一种清洁能源技术,因其处理废水的同时兼具产电的优点受到国内外研究者的广泛关注。质子交换膜对阻隔燃料和导通质子具有重要作用,现有研究多用质子传导率高且稳定的Nafion膜,但其制备工艺复杂且成本较高,本文通过制备SPEEK质子交换膜,以易降解的葡萄糖为共基质,研究SPEEK-PEM-MFC的产电性能和苯酚丙酮的去除情况。旨在降低成本为苯酚丙酮等有毒难降解有机物的高效低耗处理提供新途径。以1 g/L的葡萄糖为底物测试了 SPEEK-PEM-MFC的产电性能,结果表明最大功率密度为37.2 mW/m2,内阻约为1900 Ω。产电性能不低于以Nafion膜为质子交换膜的MFC,且多次更换质子交换膜,SPEEK-PEM-MFC的成本依然很低,用于复杂废水处理时,具有良好的化学稳定性,且SPEEK质子交换膜不含氟,对环境友好。首次利用SPEEK-PEM-MFC以葡萄糖为共代谢基质,不同浓度的苯酚和丙酮为目标降解物,最大输出电压都在240-250 mV左右,只以苯酚和丙酮为底物的产电时间达到289h,几乎是以葡萄糖为单一底物的5倍。随苯酚和丙酮浓度的增加,达到最大降解率的时间也逐渐增长,当苯酚和丙酮浓度在50 mg/L+100 mg/L以下时,苯酚和丙酮在一个周期内可以完全降解;当只含有苯酚和丙酮,浓度为 500 mg/L+500 mg/L,在 160 h 时,苯酚降解了 77.09%,丙酮降解了 85.81%,随后降解率缓慢增加,到289 h时,苯酚降解率增加到80.13%,丙酮降解率增加到88.11%。说明微生物可以降解苯酚和丙酮同时产生可观的电能,并推测微生物先利用易降解的葡萄糖,当其浓度降低后再利用苯酚和丙酮。苯酚和丙酮浓度为100 mg/L和200 mg/L时处理效果最佳,苯酚去除率高达95%的同时丙酮完全去除,最大输出电压约250 mV,超过100 mV的时间长达147 h。从污水处理厂的活性污泥中分离出68株产电微生物,通过循环伏安法最终筛选出6株高电活性菌并进行了鉴定,分别归属为Escherichia coil strain,Escherichiafergusonii strain,Shigella sp,Kluyvera intermedia strain,Enterobacter amnigenus strain。
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