文档介绍：木质素磺酸盐在微生物燃料电池中的降解及产电性能研究
    赵世辉1李友明1万小芳1*莫光权2
    ( 1. 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广州 510640;2. 华南理工大学化学与化工学院,广州 510640)
    摘 要 以厌氧活性污泥为接种体构建铁氰化钾阴极微生物燃料电池( MFC) ,对木质素磺酸盐的降解及产电效果进行了研究。结果表明,经过 6 个周期逐渐添加木质素磺酸盐的驯化后,以木质素磺酸盐为单一底物的 MFC 成功运行,最大功率密度为 120. 3 mW/m2。经过 94 h 的运行,阳极液 COD 和木质素磺酸盐去除率分别达到 39. 8% 和 49. 3%。木质素磺酸盐可作为 MFC 的底物,在产电的同时得到有效降解,这为解决造纸废水中生物质能的开发和利用提供了新途径。
    关键词 微生物燃料电池 厌氧活性污泥 造纸废水 木质素磺酸盐
    中图分类号 X793   文献标识码 A   文章编号 1673-9108( 2011) 07-1647-04
    微生物燃料电池( microbial fuel cell,MFC) 是一种利用微生物作催化剂,将有机物中的化学能转化为电能的装置[1]。MFC 集产电和废水处理为一体,作为一种新型的能源利用技术受到人们的广泛关注。目前,研究报道可被 MFC 利用的燃料主要是葡萄糖、乙酸盐和乳酸盐等小分子易降解有机物[2],采用结构复杂的难降解有机物为 MFC 燃料的相关报道较少。如 Hamid 等[3]以纤维素作为 MFC 的单一底物时,可获得 55 mW/m2的功率密度。Morris等[4]采用单极室 MFC 处理石油类污染物,最大功率密度为 120 mW/m2,对石油类污染物的去除率达到55% 。但木质素磺酸盐能否被 MFC 降解和利用这在国内外尚未见报道。
    木质素磺酸盐是造纸工业亚硫酸盐法制浆废液中的主要污染物。废液中木质素磺酸盐的分离提纯方法通常有超滤法、树脂法和长链胺法[5]等,但收率较低仅为 30%。废液中仍存在大量的木质素磺酸盐,若直接排放,则会对生态环境造成严重破坏。
    对木质素磺酸盐的处理方法常见的有热化学法[6]、化学氧化法[7]等,但前者需在高温高压等苛刻条件下进行,后者如硝基苯氧化或金属氧化物氧化一般不适合工业应用。MFC 可以在温和的条件下降解有机物质同时直接回收最清洁的电能。若MFC 在产电的同时可以有效降解木质素磺酸盐,则为低能耗处理亚硫酸盐法制浆废液提供了新的思路和工艺,这具有较大的经济价值。本实验通过构建双室型铁氰化钾阴极 MFC,对不同底物条件下木质素磺酸在 MFC 中的降解和 MFC 的产电性能进行了研究。
    1 实验部分
    1. 1 原料与仪器
    木质素磺酸盐( 广东省江门市某化工厂提供) ;厌氧接种污泥( 广州市某污水处理厂提供) ; 其他试剂均为分析纯。紫外可见分光光度计( S-3100 Se-ries SCINCO CO. LTD. ) ; 酸度计 ( PB-10,SartoriousAG) ; 电压信号采集器 ( NI 6008,National Instruc-ments. USA)
    1. 2 MFC 的构建
    如图 1 所示,MFC 由 2 个玻