本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)的領(lǐng)域，具體涉及一種加速微生物電芬頓燃料電池陰極降解聚醚廢水的方法。

技術(shù)背景

聚醚廢水是生產(chǎn)聚氨酯泡沫塑料、泡沫穩(wěn)定劑、造紙工業(yè)消泡劑、原油破乳劑和高效低泡洗滌劑等行業(yè)產(chǎn)生工業(yè)廢水，主要包含聚醚(又稱聚醚多元醇)、二甘醇、二甲胺、甘油、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、蔗糖等。廢水中不僅codcr很高(一般10～30g/l),而且可生化性極差(bod5/codcr<0.05)，難以直接進(jìn)行生化處理。若采用單一的處理方法，難以使其達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。若排入水體的聚醚廢水有機(jī)物超過允許量時(shí)，水體會出現(xiàn)厭氧現(xiàn)象，對動(dòng)植物和河流生態(tài)造成不良影響。在國內(nèi)外聚醚廢水處理技術(shù)領(lǐng)域中，微生物電芬頓燃料電池陰極氧化還原處理技術(shù)具有處理效率較高、無二次污染、不需外加電源等優(yōu)勢，引起國內(nèi)外科研的重大關(guān)注。

微生物電芬頓技術(shù)利用微生物陽極厭氧降解有機(jī)物獲得電能，將電子質(zhì)子傳遞到陰極，再加上陰極室的空氣和二價(jià)鐵離子，形成芬頓試劑，產(chǎn)生有強(qiáng)氧化能力·oh來氧化廢水。但是由于微生物電芬頓燃料電池輸出功率低和聚醚廢水難降解的特點(diǎn)，微生物電芬頓燃料電池技術(shù)對聚醚廢水降解率不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明提供一種加速微生物電芬頓燃料電池陰極降解聚醚廢水的方法，應(yīng)用于聚醚等廢水處理當(dāng)中。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:利用海藻酸鈉將漆酶和υ-feooh包埋在陰極室碳?xì)稚希瑫r(shí)一直曝氣源源不斷提供氧氣。在形成芬頓試劑的同時(shí)還有大量氧氣存在的情況下，利用漆酶把電子轉(zhuǎn)移到氧分子，形成氧化基，提高陰極氧還原反應(yīng)。同時(shí)漆酶是一種中心含有銅的氧化還原酶，可以提高系統(tǒng)的輸出電壓。

本發(fā)明的一種加速微生物電芬頓燃料電池陰極降解聚醚廢水的方法，包括制作碳?xì)謽O，制備γ-feooh，漆酶修飾電極和啟動(dòng)電池。

所述的制作碳?xì)蛛姌O是將2塊5*5cm²碳?xì)址旁跓岱磻?yīng)爐中，以氨氣為氣體介質(zhì)，在溫度600℃、時(shí)間為30s的條件下反應(yīng)，以增加碳?xì)直缺砻娣e。然后用銅導(dǎo)線穿插在碳?xì)种?，制成碳?xì)蛛姌O。

所述的制備γ-feooh是準(zhǔn)確量取100ml的0.1mol/lfeso4溶液置于燒杯中，在磁力攪拌下,再加入100ml的5*10^-4mol/ledta-na2溶液,控制cedta-na2/cfe2+＝5×10^－3范圍之內(nèi),用6mol/lnaoh溶液調(diào)節(jié)體系的ph為8.64,然后通入空氣(空氣供給采用鼓泡器,流量為0.11m³/h)，用普通照明燈光照(照度300lux).并控制反應(yīng)溫度(14～25℃)。隨反應(yīng)的進(jìn)行,反應(yīng)體系的顏色由最初的灰白色迅速變?yōu)檎吵頎畹哪G色最后為黃色,最終ph約為4.8,得到前驅(qū)物γ-feooh。

所述的漆酶修飾電極是稱取5g海藻酸鈉粉末于燒杯中加入195ml的蒸餾水放置于80℃水浴鍋中，攪拌成2.5％的溶液。再取0.445gγ-feooh和2.1g漆酶放在2.5％的海藻酸鈉中超聲攪拌混勻，使陰極液中fe²⁺的濃度為5mm和漆酶濃度1mg/ml，再把1塊5*5cm²碳?xì)纸]于燒杯的溶液中，使碳?xì)志鶆蛘礉M涂抹海藻酸鈉/γ-feooh/漆酶溶液。然后再把碳?xì)纸]于4％的cacl2溶液中固定15h，然后用蒸餾水沖洗修飾好的碳?xì)帧?/p>

所述的啟動(dòng)電池是將未修飾的和修飾的電極插入體積相等且其間以質(zhì)子交換膜相隔的陽極室和陰極室中，并接入外電路。開啟陽極室的攪拌器，攪拌陽極液，加速微生物的厭氧反應(yīng)，提高電池的輸出功率。然后開啟陰極室的曝氣，源源不斷供給氧氣，加速芬頓和漆酶對聚醚廢水的氧化反應(yīng)。最后，陽極室中的被氧化的底物產(chǎn)生電子、質(zhì)子，電子傳遞至碳?xì)株枠O電極表面，經(jīng)由外電路到達(dá)修飾的陰極，質(zhì)子經(jīng)質(zhì)子交換膜擴(kuò)散至陰極室。不斷曝氣的陰極室中的聚醚廢水、質(zhì)子和經(jīng)外電路到達(dá)漆酶修飾碳?xì)株帢O的電子在碳?xì)株帢O表面發(fā)生氧化反應(yīng)，使聚醚廢水的cod降解率提高。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的有益效果是：

1.本發(fā)明采用海藻酸鈉包埋法制備γ-feooh和漆酶的碳?xì)株帢O電極，漆酶把電子轉(zhuǎn)移陰極氧氣，生成氧化基；同時(shí)芬頓試劑生成有強(qiáng)氧化能力·oh。在兩種氧化基的作用下，可以將聚醚廢水中有機(jī)物氧化，提高聚醚廢水cod降解率。

2.本發(fā)明不需要額外輸入電能。微生物電芬頓燃料電池陽極室厭氧產(chǎn)生的電子從微生物細(xì)胞傳遞至陽極表面經(jīng)由外電路到達(dá)陰極電極，電子不斷地產(chǎn)生、傳遞、流動(dòng)形成電流，完成產(chǎn)電過程，節(jié)約能源。同時(shí)漆酶修飾陰極，有利于提高電池的輸出電壓。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是微生物電芬頓燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中：1.電極插孔，2.硅膠墊圈和墊片，3.碳?xì)株枠O，4.碳?xì)?海藻酸鈉/γ-feooh/漆酶陰極，5.攪拌器，6.曝氣頭，7.陽離子交換質(zhì)子膜，8.陽極室，9.陰極室。

圖2是二組由不同電極材料構(gòu)成陰、陽電極所做微生物電芬頓燃料電池的輸出電壓隨時(shí)間的關(guān)系圖。

圖3是二組由不同電極材料構(gòu)成陰、陽電極所做微生物電芬頓燃料電池的聚醚廢水cod降解率隨時(shí)間的關(guān)系圖；

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1～圖3所示，本發(fā)明的一種加速微生物電芬頓燃料電池陰極降解聚醚廢水的方法，包括制作碳?xì)蛛姌O，制備γ-feooh，漆酶修飾電極和啟動(dòng)電池。

所述的制作碳?xì)蛛姌O是將2塊5*5cm²碳?xì)址旁跓岱磻?yīng)爐中，以氨氣為氣體介質(zhì)，在溫度600℃、時(shí)間為30s的條件下反應(yīng)，以增加碳?xì)直缺砻娣e。然后用銅導(dǎo)線穿插在碳?xì)种?，制成碳?xì)蛛姌O。

所述的制備γ-feooh是準(zhǔn)確量取100ml的0.1mol/lfeso4溶液置于燒杯中，在磁力攪拌下,再加入100ml的5*10^-4mol/ledta-na2溶液,控制cedta-na2/cfe2+＝5×10^－3范圍之內(nèi),用6mol/lnaoh溶液調(diào)節(jié)體系的ph為8.64,然后通入空氣(空氣供給采用鼓泡器,流量為0.11m³/h)，用普通照明燈光照(照度300lux).并控制反應(yīng)溫度(14～25℃)。隨反應(yīng)的進(jìn)行,反應(yīng)體系的顏色由最初的灰白色迅速變?yōu)檎吵頎畹哪G色最后為黃色,最終ph約為4.8,得到前驅(qū)物γ-feooh。

所述的漆酶修飾電極是稱取5g海藻酸鈉粉末于燒杯中加入195ml的蒸餾水放置于80℃水浴鍋中，攪拌成2.5％的溶液。再取0.445gγ-feooh和2.1g漆酶放在2.5％的海藻酸鈉中超聲攪拌混勻，使陰極液中fe²⁺的濃度為5mm和漆酶濃度1mg/ml，再把1塊5*5cm²碳?xì)纸]于燒杯的溶液中，使碳?xì)志鶆蛘礉M涂抹海藻酸鈉/γ-feooh/漆酶溶液。然后再把碳?xì)纸]于4％的cacl2溶液中固定15h，然后用蒸餾水沖洗修飾好的碳?xì)帧?/p>

所述的啟動(dòng)電池是按圖1搭建微生物電芬頓燃料電池，采用h雙池式結(jié)構(gòu)，具有體積相等的陽極室8和陰極室9，陽極室8和陰極室9之間用質(zhì)子交換膜7相隔開，質(zhì)子交換膜7的頂端和底端通過硅膠墊圈和墊片2密封。陽極室8和陰極室9的頂部均連接一個(gè)電極插孔1，把碳?xì)謽O板插放入陽極室8中，同時(shí)放置攪拌器5。修飾的碳?xì)蛛姌O4插放入陰極室9中，同時(shí)放置曝氣頭6。將搭建好的微生物電芬頓燃料電池在無菌凈化操作臺用紫外燈照射30min，吹風(fēng)約15min將紫外照射后產(chǎn)生的臭氧吹出。陽極室8中具有甲醇和聚醚廢水底物和微生物液，溫度控制在30±1℃左右，同時(shí)啟動(dòng)攪拌器，甲醇和聚醚廢水在微生物厭氧作用下被氧化釋放電子和質(zhì)子。陰極室9中是聚醚廢水，開始調(diào)節(jié)陰極室聚醚廢水的ph為3，然后同時(shí)啟動(dòng)曝氣器，提供氧氣。電壓表數(shù)據(jù)逐漸升高，說明電池啟動(dòng)成功。將微生物電芬頓燃料電池接入負(fù)載電阻，由連接計(jì)算機(jī)的16通道信號采集器連續(xù)自動(dòng)采集輸出電壓并存儲，每隔1min記錄1次，外電路接入1000ω的電阻，最大輸出電壓為624mv。陽極室中的被氧化的底物產(chǎn)生電子、質(zhì)子，電子傳遞至碳?xì)蛛姌O表面，經(jīng)由外電路到達(dá)修飾的陰極，質(zhì)子經(jīng)質(zhì)子交換膜擴(kuò)散至陰極室，不斷曝氣的陰極室的聚醚廢水、質(zhì)子和經(jīng)外電路到達(dá)漆酶修飾碳?xì)株帢O的電子在碳?xì)株帢O表面發(fā)生氧化反應(yīng)，提高聚醚廢水的20％的cod降解率，達(dá)到55.7％。同時(shí)，電子不斷地產(chǎn)生、傳遞、流動(dòng)形成電流，完成產(chǎn)電過程。

以下提供1個(gè)比較例：

比較例：制作碳?xì)株枠O3，碳?xì)?海藻酸鈉/γ-feooh/漆酶陰極4和碳?xì)株枠O5，碳?xì)?聚四氟乙烯(ptfe)/γ-feooh陰極6，對聚醚廢水的cod降解率進(jìn)行比較。制作碳?xì)?聚四氟乙烯(ptfe)/γ-feooh陰極6：將0.445gγ-feooh加入5g的ptfe中攪拌均勻，然后均勻涂抹在碳?xì)謽O板上，再干燥固定15h。分別將這二組由不同材料制成的陰、陽電極用于如圖1所示的二個(gè)微生物電芬頓燃料電池，調(diào)節(jié)陰極室聚醚廢水的ph為3，溫度控制在30±1℃左右，然后啟動(dòng)該微生物電芬頓燃料電池，運(yùn)行至輸出電壓穩(wěn)定后，外電路均接1000ω電阻，然后在24h內(nèi)分段時(shí)取10ml水樣，進(jìn)行cod快速測定，比較兩組不同的陰極對電池電壓輸出和對聚醚廢水的cod降解率。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示,通過上述的說明內(nèi)容,相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi),進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容,必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。