【摘 要】
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土壤重金属污染对生态环境和人体健康构成了极大的威胁。微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）利用微生物氧化有机底物产生的电子能够形成微弱电场或直接用于重金属还原,从而使重金属污染土壤得到修复。本论文以铬为目标污染物,也探讨了复合污染存在情况下的修复效果,利用MFC的原位电场或附加电场驱动重金属迁移,通过探究外部电阻、离子交换膜、阴极催化剂、土壤酸度和外加电压比较了重金属修复
【基金项目】
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国家自然科学基金“微生物燃料电池驱动土壤重金属富集和转化的修复过程和机制研究”；
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土壤重金属污染对生态环境和人体健康构成了极大的威胁。微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）利用微生物氧化有机底物产生的电子能够形成微弱电场或直接用于重金属还原,从而使重金属污染土壤得到修复。本论文以铬为目标污染物,也探讨了复合污染存在情况下的修复效果,利用MFC的原位电场或附加电场驱动重金属迁移,通过探究外部电阻、离子交换膜、阴极催化剂、土壤酸度和外加电压比较了重金属修复效果。结果表明,MFC中较小的外部电阻、非阴离子交换膜和适度土壤酸化有利于电流密度提高加快反应速率。虽然阴极催化剂改变对MFC产电性能有较大影响,但是对土壤重金属修复效果几乎不变。MFC土壤酸化提高了MFC的产电能力和Cr（VI）去除率,降低了MFC的内阻。在酸化土壤中铬的赋存形态以水溶态为主,而其他铬的形态较少。反应器闭合时产生的弱电场使从阳极到阴极区域土壤的p H值逐渐升高,电导率和Cr（VI）浓度逐渐降低。外加电压增大,阴极电势降低,电流密度升高。当外加电压分别为0V、0.1V和0.5V时对应的平均电流密度为100.0 m A/m~2、150.0 m A/m~2和371.4 m A/m~2。修复后,外加电压依次升高累计的总Cr分别减少了3.9%、3.2%和15.4%,Cr（VI）分别减少了21.3%、23.0%和45.9%。随着外加电压增加阳极区域与阴极区域的p H值和电导率分布差值越大。外加电压为0.5V时靠近阴极区域几乎不存在水溶态铬、酸溶态的铬减少,可还原态和可氧化态的铬增加。复合重金属相对于单一重金属反应器运行时获得了较高的阴极电势和电流密度。Cr主要以六价负离子形式逆着电场方向迁移且速率较快,Cd和Cu以二价正离子形式顺着电场方向迁移且速率较慢。在不同取样位置上Cr、Cd和Cu皆存在酸溶态,部分区域存在水溶态铬。
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