氧还原生物阴极微生物燃料电池制备氢氧化钴

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氢氧化钴在电化学、磁性和催化方面上具有独特理化性能,因而在电池、超级电容器和传感器等方面吸引了大量研究者的关注。传统的氢氧化钴制备方法反应温度高、步骤繁琐、化学添加剂和能量消耗大,且易造成二次污染。氧还原生物阴极微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)能利用微生物降低氧还原反应过电位,可作为一种极具前景的氢氧化钴合成替代方法。而钴在废旧锂离子电池中含量很高,浸取后产生高浓度Co(Ⅱ)溶液,不加处理会造成严重环境污染和资源浪费。因此利用氧还原生物阴极MFCs处理Co(Ⅱ)溶液,既能解决Co(Ⅱ)污染和浪费问题,又可以制备得氢氧化钴,实现变废为宝的目的。提供了一种具有较高的研究价值和应用前景的新颖制备技术。本研究利用氧还原生物阴极MFCs在微生物催化的作用下制备氢氧化钴,并优化其操作条件,包括溶解氧(dissolved oxygell,DO),初始Co(Ⅱ)浓度,初始pH。获得了种利用溶液中的Co(Ⅱ),在氧支持的生物阴极MFCs中制备氢氧化钴的新方法。此方法无需外加碱性试剂、无能量消耗和二次污染,制备条件温和,是一种清洁有效的氢氧化钻制备方法。结果表明:1)溶解氧从110±0.03mg·L-1分别提高到3.83±0.04mg·L-1和7.10±0.14mg·L-1,比收率从0.14±0.01mol Co(OH)2·mol-1COD下降为0.07±0.01mol Co(OH)2·mol-1COD和0.12±0.01mol Co(OH)2·mol-1COD,提高DO并不能增加Co(Ⅱ)的去除;2)溶解氧为1.10±0.03mg·L-1,Co(Ⅱ)浓度为2012±0.56mg·L-1.时,Co(Ⅱ)的存在提高系统输出电能(50%)和氧还原速率(99%),氢氧化钴比收率为012±0.01mol Co(OH)2·mol-1COD.而且初始Co(Ⅱ)浓度为5-30mg·L-1,初始pH4.1—6.1均对Co(OH)2比收率和产电产生影响。3)反应器在最优初始条件下(DO为1.10±0.03mg·L-1,Co(Ⅱ)为29.81±0.06mg·L-1,pH为5.6),获得最高氢氧化钴比收率为0.24±0.01molCo(OH)2·mol-1COD,同时系统产电达到1.46W·m-3(13.3A-m-3).本研究提供了一种利用氧还原生物MFCs制备氢氧化钴的新方法。
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