基于聚苯胺及碳納米修飾材料的微生物電解池對高氯酸鹽的降解研究.pdf

1、高氯酸鹽具有穩(wěn)定性好，溶解度高，難被礦物質表面或者活性炭吸附的特點，對人體的危害主要表現(xiàn)在對甲狀腺功能的破壞，目前其已經成為新型持久性污染物。本實驗采用生物電解池技術，以陰極作為高氯酸鹽還原菌的電子供體，進行生物電化學還原高氯酸鹽的研究，并通過采用導電聚合物和納米材料對石墨陰極表面進行修飾，實現(xiàn)對陰極的優(yōu)化，考察納米復合材料修飾陰極對生物電解池修復效果的影響機制。
　　通過電化學方法制備了不同納米復合材料修飾電極，并對不同修飾電極

2、材料的電化學性質進行了對比研究，采用FI-IR，Raman等表征手段對這些納米復合材料進行表征。
　　通過研究不同電極材料在不同條件下的循環(huán)伏安曲線可以得出，納米修飾電極具有良好的電化學性質。膜內高氯酸根離子的傳輸主要受擴散控制，并且遵循半無限擴散規(guī)律。高氯酸根離子更容易在N-H鍵附近富集，并且摻雜后的膜可以阻止其他離子的富集。因此，高氯酸根在電極附近的離子交換機理主要包含三方面:1）高氯酸根易在修飾電極表面發(fā)生富集;2）在氧化還

3、原電位下，發(fā)生高氯酸根離子的摻雜與脫摻雜反應;3）摻雜后，高氯酸根在膜內的運動。
　　與PANI修飾電極相比，GR，CNT的摻雜使修飾電極的氧化還原峰電位負移，有利于高氯酸根的摻雜與脫摻雜過程，主要原因有兩方面:1)GR、CNT的摻雜可以提高電極的導電性，有利于電極表面的電子傳輸;2)GR與CNT的摻雜使電極比表面積增大，電極表面更加粗糙，有利于高氯酸根離子的進入。同時，與PANI修飾電極相比，GR、CNT摻雜后，電極峰電位差變小

4、，可逆性提高，穩(wěn)定性增強。
　　在無膜微生物電解池(MEC)中，外加電場作為唯一電子供體，高氯酸鹽還原效果良好，最高還原效率可達1.75mg/L。PANI的多孔性，優(yōu)良的導電性和良好的生物親性可以促進生物膜的形成。實驗結束后，在懸浮污泥中可以觀察到類似納米導線結構。推測，當外加電場作為唯一電子供體時有利于納米導線的生成，陰極表面形成生物膜的主要作用是加速電子傳遞。系統(tǒng)發(fā)育樹分析表明，懸浮污泥中高氯酸鹽還原菌PCRB屬于B-變形菌屬

5、，并且與Azospiraoryzaestrain DSM13638親緣關系最為接近。
　　GR與CNT的摻雜，可以提高MEC對高氯酸根離子的降解效果，這主要有兩個原因:1）GR、CNT良好的導電性有利于MEC中的胞外電子傳遞，有利于電極表面的電子傳遞，促進高氯酸根離子的還原;2）GR與CNT的摻雜使電極表面更加粗糙，孔隙度增大，有利于高氯酸根離子的吸附。與PANI-CNT修飾陰極MEC相比，PANI-GR修飾陰極MEC的高氯酸鹽降