Page 222 - 《精细化工》2023年第12期
P. 222

·2764·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            方式对以沼液为阳极底物的 MFC 有机物降解效率                           阳极底物、碳毡为作阳极电极。
            和产电特性的影响规律。通过对 COD 等有机物降                               实验采用双室结构 MFC，主体由有机玻璃构
            解、产电特性及阳极室微生物菌群结构 3 方面的对                           成，利用硅胶垫和法兰密封连接，阳极室和阴极室
            比分析，研究两种不同的纳米 Fe 3 O 4 颗粒介入方式                      均为 8 cm×8 cm×8 cm  的正方体，上面及侧面分别
            对沼液 MFC 运行的影响规律，并重点分析了纳米                           留有小孔，便于进气和排液             [12] ，双室之间由质子交
            Fe 3 O 4 介导对沼液中氨氮等污染物降解转化的促进                       换膜  [13] （厚度为 183 μm）连接。阴阳极电极材料均
            机制，为进一步提高沼液 MFC 整体性能及未来对沼                          选用 5 cm×5 cm 正方形规格碳毡，使用前在通风橱
            液处理的应用提供了理论基础。                                     内对碳毡预处理（放入丙酮溶液中浸泡 5 h 后使用
                                                               超纯水多次洗涤），静置通风过夜，放入 60  ℃烘箱
            1   实验部分
                                                               中烘 5 h，取出放入干燥皿中备用。阴阳极固定碳

            1.1    试剂与仪器                                       毡后由钛丝连接构成回路，外部接有 1000  Ω 的恒
                 丙酮、乙酸钠、无水乙醇、NaHCO 3、MgCl 2•6H 2O、             定电阻。
            CaCl 2 、NH 4 Cl、FeCl 3 •6H 2 O，AR，烟台远东精细化              MFC 阳极底物为鸡粪发酵液，实验前将鸡粪发
            工有限公司；NaCl、K 2 HPO 4 、CuSO 4 •5H 2 O，AR，           酵液经 200 目纱布过滤。为 MFC 提供微生物的活性
            天津市恒兴化学试剂制造有限公司；KH 2 PO 4 ，AR，                     污泥（接种物）取自山东理工大学河沟污水                    [12] ，接
            天津市光复科技发展有限公司；Na 2 HPO 4 ，AR，天                     种物体积占反应器总体积的 35%。实验前将河沟污
            津市大茂化学试剂厂；FeSO 4 •7H 2 O、乙二醇、二水                    水和金属盐培养液按 5∶3 的体积比混合均匀，在适
            合柠檬酸三钠，AR，国药集团化学试剂有限公司；                            宜微生物生长的 32  ℃的环境中将接种物培养 6 d。
            MnSO 4 •H 2 O、KCl，AR，福晨（天津）化学试剂有                   金属盐培养液      [14] 成分主要包括：NaCl（8800 mg/L）、
            限公司；CoCl 2 •6H 2 O、H 3 BO 3 ，AR，佛山西陇化工             NaHCO 3 （3000 mg/L）、MgCl 2 •6H 2 O（330 mg/L）、
            有限公司；ZnCl 2 ，AR，天津市永大化学试剂有限                        CaCl 2 （275 mg/L）、KH 2 PO 4 （14 mg/L）、K 2 HPO 4
            公司；Na 2 MoO 4 ，AR，天津市化学试剂四厂凯达化                     （21 mg/L）、Na 2 HPO 4 （56 mg/L）、FeSO 4 •7H 2 O
            工厂；NiCl 2 •6H 2 O、乙二胺四乙酸（EDTA）、铁氰                  （10 mg/L）、MnSO 4 •H 2 O（5 mg/L）、NH 4Cl（3.1 mg/L）、
            化钾，AR，天津奥普升化工有限公司；聚四氟乙烯                            KCl（2 mg/L）、CoCl 2 •6H 2 O（1 mg/L）、ZnCl 2 （1 mg/L）、
            浓缩分散液（质量分数 60%），上海易恩化学技术有                          CuSO 4 •5H 2 O（0.1 mg/L）、H 3 BO 3 （0.1 mg/L）、Na 2 MoO 4
            限公司；Nafion 117 膜，美国 DuPont 公司；碳毡，                  （0.25 mg/L）、NiCl 2 •6H 2 O（0.24 mg/L）、EDTA
            碳能科技股份有限公司；TritonX-100，北京伊塔生                       （1 mg/L）。阴极室溶液为 50 mmol/L 的铁氰化钾溶
            物科技有限公司；Omega 试剂盒，北京雅安达生物                          液 [15] ，作为阴极电子受体。本实验于（32±1）℃的电
            技术有限公司。                                            热恒温培养箱中进行。
                 BPX-272 电热恒温培养箱，上海博迅医疗生物                      1.3  Fe 3 O 4 纳米颗粒制备与负载
            仪器股份有限公司；LC-DMS-H 磁力搅拌器，上海                             为了尽可能地避免颗粒团聚，本研究采用溶剂
            力辰邦西仪器科技有限公司；DZ-2BC 真空干燥箱，                         热法   [16]  制备纳米 Fe 3 O 4 颗粒。称取 3.9 g 的
            河北豪威电气设备科技有限公司；GSL-1700X 立式                        FeCl 3 •6H 2 O 溶解于 120 mL 乙二醇中，同时磁力加
            反应炉，合肥科晶材料技术有限公司；WZEM250                           热 50  ℃搅拌至形成均一的咖啡色溶液，再加入 6.0 g
            双联平行高压消解罐，五洲鼎创（北京）科技有限                             乙酸钠和 1.5 g 二水合柠檬酸三钠，待磁力加热 50  ℃
            公司；VSM7404 振动样品强磁计，美国 Lake Shore                   搅拌混合均匀后超声混合 30 min，此时溶液颜色变
            公司；USB-6008 多通道数据采集卡，美国 National                   为深咖色，然后置于 250 mL 高压消解罐中，高压消
            Instruments 公司；ZX21 型直流多值电阻器，天水长                   解罐加热到 200  ℃保持 8 h       [17] 。加热结束后自然冷
            城电工仪器有限责任公司；LY-4DA 多参数水质测定                         却至室温取出所得黑色液体，静置 12 h，用 150 mL
            仪，青岛绿宇环保科技有限公司；K9806 全自动凯                          无水乙醇洗涤 3 次，再用 150 mL 超纯水洗涤 3 次，
            氏定氮仪，济南海能仪器股份有限公司。                                 边洗涤边抽滤，然后在真空干燥箱中 60  ℃干燥 24 h，
            1.2  MFC 构型与材料准备                                   得到黑色的 Fe 3 O 4 纳米颗粒，密封保存于自封袋中
                 本研究共设计 3 组对比实验：第 1 组 MFC                      待用。
            （ML1）以鸡粪发酵液为阳极底物、碳毡作电极，                                将 0.5 g Fe 3 O 4 纳米颗粒加入 4 mL 质量分数为
            为空白对照实验；第 2 组 MFC（ML2）以鸡粪发酵                        30%的聚四氟乙烯浓缩分散液中，用玻璃棒搅拌均
            液为阳极底物、Fe 3 O 4 @碳毡作阳极电极；第 3 组                     匀，再超声搅拌 40~60 min，然后均匀涂抹在碳毡表
            MFC（ML3）以投加 Fe 3 O 4 @生物炭的鸡粪发酵液为                   面 [18] ，将涂覆后的碳毡于 60  ℃的真空干燥箱中保
   217   218   219   220   221   222   223   224   225   226   227