光催化燃料電池強化廢水生物脫氮新方法研究

《光催化燃料電池強化廢水生物脫氮新方法研究》是依託上海交通大學，由賈金平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：光催化燃料電池強化廢水生物脫氮新方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賈金平
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

目前，我國水環境的形勢依然嚴峻，沿江等COD排放標準一再提高，氨氮、總氮等指標也日趨嚴格。而一味地強化處理效果以滿足嚴格的排放標準將消耗大量的能量，亟需開發基於清潔能源的高效低耗廢水深度處理新方法。本研究將光催化燃料電池技術引入廢水深度處理領域，將廢水中有機物的化學能轉變為電能，不僅在陰極高效深度處理低濃度COD及殘存的氨氮，並在陰極同步強化微生物反硝化脫氮，同時還能產生一定的電能。具體研究主要從以下幾個方面展開：（1）研究高效多維光催化陽極與負載催化劑陽極的合成方法，研製具有高降解效能大電流的新型大比表面光催化陽極。（2）研究燃料電池輸出電壓、電流與FF因子等產電特性，最佳化燃料電池內阻，並對電池串並聯性能進行最佳化。（3）研究光生電子陰極強化微生物反硝化脫氮新方法，以燃料電池供給光生電子，馴化並強化電生物膜陰極反硝化脫氮，並研究強化電生物膜脫氮機理。

結題摘要

在國家自然科學基金（批准號：21477076）的資助下，針對本項目提出的基於光催化燃料電池系統的低濃度城市污水同步COD去除與脫氮處理研究的科學問題，通過賈金平教授、應迪文講師、李侃助理教授、三位博士生和五位碩士生的研究，申請書中所列研究計畫的要點已基本完成。本項目分析了目前低濃度城市污水處理的瓶頸問題，在光催化燃料電池高效光陽極、光催化燃料電池全電池特性、陰極產物設計方面進行了研究。在高效光陽極方面，製備了微米深孔結構的深丘型二氧化鈦納米管電極、1D結構的二氧化鈦納米線電極，並對其在光降解模擬染料有機物的降解構效關係與產電性能進行了研究；在光催化燃料電池全電池的性能最佳化方面，分別從反應器原理、光電流組成以及界面反應的角度，闡述了光催化燃料電池的電位匹配理論，提出了光催化燃料電池改進的方法；在光生電子的利用即陰極產物的選擇性合成方面，本項目研究了陰極利用光生電子產H2O2反應適用的催化劑以及利用光生電子強化脫氮陰極反應微生物膜，闡述了陰極反應產物設計下的光催化燃料電池設計的可行性。 受本項目資助，已發表與本項目相關SCI源論文（含錄用）8篇，國核心心期刊2篇，會議論文2篇，其中在本領域A類刊物上發表論文6篇（包括Water Research 1篇，Applied Catalysis B: Environmental 1篇，Bioresource Technology 1篇，Journal of Power Sources 2篇，Chemical Engineering Journal 1篇）。同時還有3篇文章在審閱或整理中。已申請專利3項。共培養了3名博士研究生，5名碩士研究生。項目研究過程中參加了國內外各種學術會議，邀請國內外知名專家進行指導，組織課題組成員到國內外知名高校和研究所參觀學習。