在高盐应力和机制研究中通过Ce-N修改的碳基阴极提高生物电化学稳定性
Mengjie Fan1, Lizhi Du1, Hui Li1
1College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing, 210009, China.
Journal of environmental management
|June 15, 2023
概括
这项研究开发了一种用于微生物燃料电池 (MFC) 的新型Ce-N改性活性碳阴极. 新的阴极增强了盐分耐受性,并为高盐废水处理提供了发电.
科学领域:
- 环境科学 环境科学
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 微生物燃料电池 (MFC) 在高盐废水处理方面表现有前途,但在盐耐受性和稳定性方面面临挑战.
- 现有的活性炭 (AC) 阴极在不同的盐度条件下表现有限.
研究的目的:
- 设计和评估新的Ce-N改性活性炭 (Ce-N-C) 阴极,以提高MFC中的盐耐受性和催化性能.
- 为了研究阴极修饰和盐度对MFC降解效率的影响,使用norfloxacin (NOR) 作为模型污染物.
主要方法:
- 合成Ce-C,N-C和Ce-N-C修饰的活性碳阴极.
- 在不同盐度环境 (0 mM,低盐,600 mM NaCl) 中测试四个阴极 (AC,Ce-C,N-C,Ce-N-C) 的稳定性.
- 使用电化学测量,功率密度分析和norfloxacin去除效率的性能评估.
- 使用X射线衍射 (XRD) 和X射线光电谱 (XPS) 的材料表征.
主要成果:
- 与AC和其他修改过的阴极相比,Ce-N-C阴极在三个月内表现出优越和稳定的电化学和发电性能.
- 在高盐 (600 mM NaCl) 环境中,Ce-N-C表现出更好的性能,其潜力比AC高14.0%,功率密度比AC高3.1倍 (105.7 mW/m2).
- 随着使用Ce-N-C阴极的NaCl度和操作时间的增加,Norfloxacin的去除稳定性得到了改善.
结论:
- Ce-N-C 改性活性碳阴极显著提高了高盐废水处理的MFC性能和盐分耐受性.
- 确定了CeO2 ((111) 晶体形式,N-Ce-O 键和化N作为促进增强催化活性和稳定性的关键因素.
