微生物燃料电池及其应用研究进展

简述了微生物燃料电池的发展简史和工作原理,介绍了微生物燃料电池阳极材料、阴极材料和膜材料等方面的发展现状,分析了近年来国内外对直接和间接微生物燃料电池的研究情况,并指出微生物燃料电池反应器为获取氢能开辟了新用途.     

微电解、Fenton氧化和生化组合工艺处理杀菌剂生产工艺废水

三唑类杀菌剂苯醚甲环唑生产废水具有高毒、高COD和氨氮含量、高盐分等特点,且其中含有苯醚甲环唑及中间体等对微生物有抑制作用的有机物,无法进行常规生化处理。根据废水特点,采用蒸发—铁碳微电解—Fenton氧化—厌氧—一级好氧—二级好氧—硝化/反硝化—絮凝沉淀组合工艺进行处理。结果表明:蒸发工艺可有效去除废水中的盐分和部分COD;铁碳微电解和Fenton氧化等预处理工艺可以将废水中苯醚甲环唑及其中间体等有机物降解或转化为小分子有机酸,提高了废水的可生化性;生化处理系统可以有效降低COD和氨氮含量。处理后,出水指标达到标准要求。     

三氯化铁絮凝沉淀和生化组合工艺处理百菌清生产工艺废水

百菌清生产过程中产生的废水具有高毒、高化学需氧量(COD)和高氨氮含量及高盐分等特点,采用三氯化铁絮凝沉淀—蒸发—上流式厌氧污泥床—接触氧化—反硝化/硝化—脱色斜管沉淀组合工艺进行处理。运行结果表明,三氯化铁絮凝沉淀可以有效降低废水中的高毒性氰离子和COD含量;蒸发处理可以有效去除盐分及部分氨氮;厌氧生化处理可以将预处理后残留的间苯二腈等有机物降解,转化为小分子酸,从而提高废水的可生化性;整个生化系统可以有效降低百菌清生产废水的COD和氨氮质量浓度。百菌清生产废水经处理后,可以达标排放。     

一步法合成载铁有序介孔碳材料的形成机理

采用软模板路线以三嵌段共聚物F127为模板剂,间苯二酚-甲醛缩聚所形成酚醛树脂(RF)为碳源,与酚羟基有络合作用的无机铁盐为金属前体,在无外加酸碱催化剂的条件下,利用铁盐的水解反应形成酚醛缩聚所需酸性环境,多组分共组装一步合成了载铁有序介孔碳材料(Fe/OMC)。对Fe/OMC合成各阶段过程进行了分析,利用X射线衍射、透射电子显微镜等手段对材料进行表征,比较了不同老化时间、硝酸铁投加量及酚醛比例等合成条件对材料结构的影响规律。结果表明,在较长的老化时间(≥60 h)、适宜的n(Fe)/n(R)比(0.05～0.2)和n(R)/n(F)比[(1/1.5)～(1/2)]条件下,均可形成有序的介孔结构。在此基础上,提出了载铁有序介孔碳材料的形成机理。     

氨基功能型离子液体吸收CO2的性能

氨基功能型离子液体在常温常压下对CO₂具有较强的吸收选择性能,在分离固定CO₂方面具有较好的应用前景。合成了4种氨基功能型离子液体,对产物进行了IR和¹H NMR表征,探究了这些功能型离子液体的CO₂吸收性能及再生性能。结果表明,4种氨基功能型离子液体均具有强于常规型离子液体的CO₂吸收性能,再生性能良好,可循环使用;离子液体的CO₂溶解度受黏度影响显著,随吸收温度的升高而降低,随吸收压力的升高,吸收剂浓度的增加而增大;强化传质能提高再生效率,多次的再生对离子液体的吸收性能没有明显影响。     

铜/凹凸棒石复合材料高效吸附放射性碘离子性能

放射性碘是核裂变必然产物。为解决现有铜基吸附剂的吸附容量低、铜利用率低、易脱附等不足, 基于凹凸棒石的廉价易得、可交换阳离子富足和层间结构等特性, 采用浸渍-还原法将单质Cu负载于凹凸棒石结构中, 制备得到Cu/凹凸棒石复合材料, 对样品进行表征并考察样品对液相碘离子的吸附性能。研究结果表明, 实验制备的Cu/凹凸棒石复合材料约有7.5%掺杂量的纳米铜颗粒负载于凹凸棒石层间结构中。与传统铜基吸附剂相比, 该材料具有高达116.1 mg/g的碘离子吸附量以及72%铜利用率; 并且可在中性、弱酸性以及SO₄^2-、NO₃^-、Na⁺、Mg⁺等干扰离子共存的环境下使用。此外, 得益于铜负载凹凸棒石结构内, 该复合材料展现出较强的抗氧化性能, 且吸附后产物也具有较强的稳定性。     

生物电化学系统硝基酚降解与其结构关系研究

实验构建了有隔膜的生物电化学系统(BES)系统,考察一硝基酚的3种同分异构体,邻硝基酚(ONP)、间硝基酚(MNP)和对硝基酚(PNP)的降解与其结构的关系。分析了在不同阴极电位和水力停留时间下的降解情况,比较了硝基酚的电子云密度、前线轨道能量和氢键角度。结果表明,同等阴极电位和阴极水力停留时间下3种物质的降解程度不同,但降解顺序呈现出统一的趋势,即ONP最容易发生降解,PNP最难。得电子能力最强的是ONP,最弱的是PNP。PNP的最高已占轨道能量最低,能极差最大,说明PNP所受束缚最大,轨道最难发生变化;而ONP的能级差最小。这都说明了硝基酚的降解顺序为ONPMNPPNP。     

CL-20废水处理组合工艺的开发及应用

典型第三代含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）特殊的多环笼状结构,使其生产过程会伴随着高浓度的有机溶剂,具有较大的生物毒性,为解决CL-20投产所造成严重的污染排放问题,研究通过内电解-碱解-生物处理组合工艺,采用零价铁还原硝基化合物、碱解分解乙酸乙酯和氯仿成为小分子有机酸的预处理工艺,利用厌氧-好氧生物组合工艺去除废水中的有机污染物。结果表明内电解工段可完全去除废水中的CL-20,反应最佳pH值为2。在pH值和停留时间分别为11和4 h的最优碱解工艺参数条件下,废水中的乙酸乙酯和氯仿的去除率分别达到（99.4±0.1）%和（95.4±0.9）%。经内电解-碱解预处理废水的可生化性得到显著提高,上流式厌氧污泥反应器（UASB）-曝气生物滤池（BAF）组合生物工艺最终出水化学需氧量（COD）可降至300 mg·L^-1以下,表明“内电解-碱解-UASB-BAF”组合工艺具有良好的运行稳定性。     

混合起爆药生产废水的“物化-生物强化”集成工艺处理技术

为了去除斯蒂芬酸铅、叠氮化铅、四氮烯等混合起爆药生产废水中高浓度的硝基酚类物质、Pb~(2+)等重金属离子、N_3~-离子等高毒性特征污染物,开发了"内电解-芬顿-混凝沉淀"物化预处理工艺,有效削减了起爆药生产废水的生物毒性并提高了其可生化性;为了实现混合起爆药生产废水的达标排放,开发了基于特效菌剂的"缺氧反应池-曝气生物滤池"生物强化处理工艺,有效地去除了预处理后起爆药废水中的高浓度化学需氧物质。工程应用结果表明:"物化-生物强化"集成工艺的应用可以实现混合起爆药生产废水的稳定达标排放,出水水质符合《兵器工业水污染物排放标准-火工药剂》(GB 14470.2-2002)要求,废水处理成本仅为73.6元/吨。混合起爆药生产废水的"物化-生物强化"集成处理工艺具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。     

载铁有序介孔碳材料的合成及对对氯酚的吸附性能

以酚醛树脂为碳源,F127为模板剂,硝酸铁为铁源,采用软模板路线,一步合成了载铁有序介孔碳(Fe/OMC)复合材料。采用XRD、N2吸附、TEM手段对材料的结构进行了表征,结果表明Fe/OMC复合材料具有高度有序的二维六方介孔结构,孔径均一。在此基础上,比较了未载铁介孔碳(OMC)与Fe/OMC对对氯酚的吸附性能。在初始浓度为1.20×10-4,吸附剂用量为0.5g/L的条件下,OMC对对氯酚的去除率为46.6%,Fe/OMC对对氯酚的去除率94.6%,去除率约为OMC的2倍。采用Langmuir等温吸附线对吸附结果进行拟合。结果表明两种材料对氯酚的吸附行为均能较好地拟合Langmuir方程,OMC材料对4-CP的饱和吸附量为82mg/g,Fe/OMC材料对4-CP的饱和吸附量为284mg/g,Fe/OMC材料的饱和吸附容量约为OMC的3倍。