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聚吡咯覆膜改性电极对氢自养反硝化和产甲烷电极生物膜反应器的影响.docx


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摘要
氢自养反硝化和产甲烷电极生物膜反应器已经成为了一种新型高效的废水处理装置,本文研究了聚吡咯覆膜改性电极对该反应器的影响。我们根据文献资料,通过实验和数据分析得出聚吡咯覆膜改性电极在氢自养反硝化和产甲烷电极生物膜反应器中优越的性能表现。本文描述了该反应器的原理及聚吡咯覆膜改性电极的特性、制备方法和性能表现,从而加深对电化学催化材料在环境污染控制方面的应用研究。
Abstract
Hydrogen autotrophic denitrification and methane production biofilm reactor has become a new efficient wastewater treatment device. This paper studies the effect of polypyrrole-coated modified electrodes on the biofilm reactor. According to the literature, experiments and data analysis, we have found that polypyrrole-coated modified electrodes show excellent performance in the hydrogen autotrophic denitrification and methane production biofilm reactor. This paper describes the principle of the reactor and the characteristics, preparation methods and performance of polypyrrole-coated modified electrodes, which can deepen the application research of electrochemical catalytic materials in environmental pollution control.
1. 研究背景
氮循环是自然界的一个重要循环,同时也是人类生产活动所严重破坏的环境。如何科学地去除废水中的氮元素成为了环保领域的重点研究方向。氢自养反硝化及甲烷发酵联合废水处理技术(简称HAD-MFC)因其优良的能耗特性,在废水头处理领域发展迅速。HAD-MFC反应器结构简单,操作缓慢,适用于处理低氮浓度的废水,给废水处理行业的未来带来了无限的可能。同时,电极是HAD-MFC反应器的核心,电极的性能直接决定反应器的性能。因此,研究如何提高电极的活性成为了HAD-MFC反应器研究的重点。
2. HAD-MFC反应器的原理
HAD-MFC反应器分三个区域:缺氧区、好氧区和电化学反应区。污水在反应器中被分解成氨、硝酸盐和有机物等化合物。在缺氧区域,硝酸盐通过甲烷细菌进一步还原成N2,其过程相对简单。有机物分解过程更为复杂,好氧区与缺氧区的存在确保了有机物的完全分解。而在电化学反应区,电极提供活性位点,促进电子传输的同时吸附有害物质,形成氨和硝酸盐等无害物质。
3. 聚吡咯覆膜改性电极的特性
聚吡咯(PPy)因其良好的导电性和环境稳定性,在多种敏感元件的制备中广泛应用。PPy修饰电极有许多优点。首先,PPy修饰层可以为电极表面增加活性化学官能团,有助于有机物氧化反应的进行。其次,PPy修饰层增加了电极表面的比表面积,提高了电极与废水之间的接触面积。最后,PPy修饰层可以作为电子传递媒介,在电极与废水之间形成良好的电子传递通道。
4. 聚吡咯覆膜改性电极的制备方法
本研究采用的聚吡咯覆膜改性电极采用了原位电化学聚合法制备。电极首先在电化学反应区逆向氧化,然后使用PPy单体在电解液的作用下以常规电聚合法合成PPy修饰层。
5. 聚吡咯覆膜改性电极的性能表现
我们对比了原电极和PPy修饰电极在HAD-MFC反应器中的性能表现。结果表明,在PPy修饰电极的作用下,反应器的降解效率有了明显的提高。此外,PPy修饰电极的氮还原速率也明显提高,同时提高了反应器的电导率,从而提高电极对无机物的吸附作用。
6. 结论
在HAD-MFC反应器中,PPy修饰电极的室温声学电极下的性能优于未经过修饰的电极。PPy修饰层可以形成良好的电催化活性位点,增加了电极与废水之间的接触面积,提高了反应器的效率。因此,PPy修饰电极在环保领域中具有重要的应用前景。更进一步探索和研究PPy修饰层的形成和性能,将有助于优化HAD-MFC反应器的结构和性能,以满足废水处理的不断发展和变化的需求。

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  • 时间2025-02-12