PbO2/Fe/GO/Fe3O4碳基复合MBR-MFC耦合系统中处理废水中铜镍重金属

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本作品选取PbO2、四氧化三铁(Fe3O4)、氧化石墨烯(GO)、Fe、PVDF、DMF为铸膜液并经过相转化制备成催化导电阴极膜。其中采用了氧化石墨烯(GO),其可以溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,具有较高的亲水性和较强的机械性能,可以作为膜电极的基底,提高膜电极的性能;加入的铁粉,因与空气接触被氧化复合膜中含有氧化铁等;二氧化铅催化剂,均使得膜电极的导电性能加以提升,同时加速电子地转移,从而达到提高阴极膜的氧还原效率;Fe3O4(磁性纳米粒子),增加石墨烯之间的距离,能够避免石墨烯团聚,充分发挥石墨烯与磁性纳米粒子的优异性能。实验测得PbO2、Fe、Fe3O4三者的比例共为15%,且PbO2和铁粉比例为2:1时复合膜具有最好的导电性,催化氧还原反应活性等性能。我们选用性能最优的复合膜和MBR-MFC耦合系统结合处理废水中重金属铜、镍和混合重金属废水,实验测得对COD、氨氮、磷去除效率较高,且对铜镍混合重金属废水去除效分别达到100%、95%。对于膜生物反应器(MBR)和微生物燃料电池(MFC)耦合工艺,MBR提高了出水水质,增大了去除有机污染物的去除效率;MFC减少产生剩余污泥,有效减缓了膜电极的污染问题,可自产电维持反应器的运行,节约能源。