Page 183 - 《精细化工》2023年第1期

第 1 期 樊立萍，等: PVA/OPD 改性膜对微生物燃料电池性能的影响 ·175·

和 PVA/OPD-NF 3 种质子交换膜的 MFCs 对制药废 的污泥，其电化学活性不甚理想。对这些环节进行
水的 COD 去除率较采用 NF 质子交换膜时均有不同 优化会进一步提高 MFC 的废水处理效果。单纯从质
程度的提高，说明经过 3 种材料改性后的质子交换 子交换膜改性效果分析，基于 PVA/OPD 的膜改性方
膜不仅在一定程度上提高了 MFC 的产电性能，而且 法对提高 MFC 废水处理效果作用显著。另一方面，
对改善废水处理效果也具有一定作用。其中，采用 MFC 处理制药废水的同时还产出电能，既实现了制
PVA/OPD-NF 质子交换膜的 MFC 对阿莫西林制药 药废水的无害化处理，又实现了制药废水的资源化
废水的 COD 去除率达到 66.2%，为各对比实验组中 利用，这是其他废水处理方式不具备的优势。综合
的最佳效果，较采用 NF 质子交换膜时提高了 考虑，采用 MFC 进行制药废水处理是可行的。
48.4%，说明 PVA/OPD-NF 质子交换膜进一步加快 2.8 性价比分析
了 MFC 对废水中有机物质的降解速度，进而更有效 几种常用质子交换膜的主要性能指标列于表 5。
地提高了 MFC 的废水处理效果。采用 PVA/OPD-NF 对比表 5 可以发现，同样运行条件下（如表 5 第 3
质子交换 膜的 MFC 的 COD 去 除率较采用 行和第 8 行的 MFC 均采用 Nafion 117 膜），抗生素
PVA/PWA-NF 质子交换膜时提高了 9.2%。因此，从 废水 MFCs 的最大功率密度、COD 去除率均高于糖
提高废水处理效果角度考虑，OPD 也比 PWA 更适 蜜废水 MFCs，抗生素废水比较适合作 MFC 的阳极
合作 MFC 质子交换膜的改性剂。 液。采用 PVA/OPD 改性 Nafion 117 膜的 MFC 比采
采用 PVA/OPD-NF 质子交换膜的 MFC COD 去 用常规 Nafion 117 膜的 MFC 成本增加了 4.57%，但
除率为 66.2%，较期望值仍有一定距离。这主要是 COD 去除率提高了 48.4%，最大功率密度提高了
因为影响 MFC 水处理效果的因素涉及电极、质子交 1428.6%，性价比是可观的。此外，PVA/PWA 改性
换膜、阴极液、温度、流量、微生物种群等诸多方 Nafion 117 膜的成本高于 PVA/OPD 改性 Nafion 117
面，而本实验的关注点是质子交换膜改性对 MFC 性 膜 12.9%，而其作用下 MFC 的净水效果、产电能力
能的影响，因此其他材料均采用了最简便的，如实 都远不及 PVA/OPD 改性 Nafion 117 膜。所以，
验中用于有机物降解的产电菌取自以简单方式驯化 PVA/OPD 改性 Nafion 117 膜具有更好的性价比。

表 5 采用不同质子交换膜的 MFCs 的主要指标
Table 5 Main indexes of MFCs with different proton exchange membranes
最大功率密度
质子交换膜 改性剂 阳极液 运行时间/h 膜的成本/元 COD rr/% 2 文献
/(mW/m )
PVA 戊二醛 生活废水 360 不详 50.0 158.3 [32]
PVA 磺化生物炭 合成废水 1800 不详 81.0 41.1 [33]
Nafion 117 无 糖蜜废水 200 200.00 31.7 10.0 [7]
Nafion 117 二氧化硅 糖蜜废水 200 237.53 41.6 61.0 [7]
Nafion 117 甲基丙烯酸甲酯 糖蜜废水 200 223.35 54.8 84.6 [7]
Nafion 117 聚偏氟乙烯 糖蜜废水 150 240.60 63.0 62.5 [8]
Nafion 117 改性聚偏氟乙烯 糖蜜废水 150 235.93 66.7 90.0 [8]
Nafion 117 无 抗生素废水 150 200.00 44.6 14.0 本文
Nafion 117 PVA 抗生素废水 150 206.14 55.1 90.0 本文
Nafion 117 PVA/PWA 抗生素废水 150 236.14 60.6 111.0 本文
Nafion 117 PVA/OPD 抗生素废水 150 209.14 66.2 214.0 本文

3 结论 的电化学稳定性和质子传导率，并有效降低了 MFC
的等效内阻。此方案下，MFC 的产电能力及对制药
以 PVA 为基本改性材料，采用简便的溶液浸 废水的净化效果达到 4 种不同方案的最佳状态，产
渍法制备了改性膜，得到 PVA-NF、PVA/PWA-NF 电量和 COD 去除率分别较采用 NF 质子交换膜时分
及 PVA/OPD-NF 复合膜，制备方法简便可行，改性 别提高了 587.50%和 48.4%。
膜的吸水性、质子传递性等性能均得到不同程度的 PVA/OPD-NF 复合膜较 PVA/PWA-NF 复合膜的
改善。 制备成本低，但产电能力和净水效果更好。因此，
采用 PVA/OPD 共混物进行 Nafion 117 膜改性 PVA/OPD 是良好的质子交换膜改性剂，这为开发高
时，能够使 PVA 的生物相容性与 OPD 的稳定性和 性能 MFC 并推进其投入能源与环境领域的实际应
导电性等优势充分融合，更有效改善了质子交换膜 用提供了一种可行的方法。