五氯酚的生物电化学催化厌氧转化过程与机制.pdfVIP

第21卷 1期 应用基础与工程科学学报 Vo1．21，No．1 2013年 2月 JOURNALOFBASICSCIENCEAND ENGINEERING February2013 文章编号：1005-0930(2013)01-0054-009 中图分类号 ：X703．1 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．10054)930．2013．01．006 五氯酚的生物 电化学催化厌氧 转化过程与机制 曹占平 ， 张景丽2， 张宏伟 (1．天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室，天津 300160；2．天津城市建设学院环境与市政 工程系，天津 300384) 摘要：研究了电催化体系、厌氧微生物体系和厌氧微生物电化学催化体系(电生 物体系)对五氯酚(PCP)的降解，研究发现电生物体系的降解效率较 电催化体系 提高85．2％，较微生物体系提高18．5％．电生物体系中PCP脱氯的途径为：PCP 先间位脱氯主要生成2，3，4，6-TeCP和2，4，6一TCP，而后2，4，6-TCP脱氯主要生 成2，4-DCP，再经对位脱氯生成邻氯酚和苯酚；苯酚在阳极附近多菌种协同作用 下进一步氧化，从而减少苯酚的积累加快了PCP的还原转化．电生物体系通过 微生物对电子的“长”距离传递和生物还原转化，形成了电化学与生物的交互反 应过程 ，提高了PCP的降解效果． 关键词：五氯酚；厌氧微生物；电化学催化 ；电生物体系；降解机制 五氯酚(pentachlorophenol，PCP)在所有酚类中毒性最大、降解难度最大，其广泛应用 所造成的环境问题受到人们的高度重视．PCP取代基的电子效应、空间效应、疏水效应等 均对其降解途径有明显影响．目前国内外对零价铁 (zvI)脱氯和双金属脱氯的研究取得 了一些研究成果，但因其还原电位较高，且脱氯活性的保持和最终产物仍含氯也是一个尚 待解决的难题 HJ．现有的化学和物理方法 (如水热氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化 法、催化加氢还原等)，由于其机理的不完善、昂贵及能量利用效率低下或是环境不友 好 。J，大多还只是处于实验室研究阶段．而利用微生物技术降解这类有机污染物已成为 最有应用潜力、研究最活跃的领域之一 引．DolfingtOl等用 Benson方法证实了在厌氧环 境下微生物能以[H]的形式传递电子至氯酚从而实现还原脱氯．电化学催化 (电催化)适 用范围广、氧化还原处理迅速而被广泛用于难降解有机废水的治理，但 电催化的副反应使 电流效率较低，运行能耗大．微生物电化学催化体系(电生物体系)是电化学与生物工程 的交叉领域，利用电催化可将 电场产热、供氢(电子)、析氧、电子迁移等电化学副反应有 效地用于生物降解中，其核心是构成电化学反应与微生物新陈代谢的多相耦合过程，以实 现废水有效净化… ． 收稿 日期：2010—10-24；修订 日期 ：2012-02-20 基金项 目：国家 自然科学基金项 目；天津市 自然科学基金重点项 目(08JCZDJC24300) 作者简介：曹 占平(1970一)，男，博士，副研究员，硕士生导师．E-mail：czpl@tom．corn 曹占平等：五氯酚的生物电化学催化厌氧转化过程与机制 55 本研究以PCP为研究对象，通过对比电催化体系、厌氧微生物体系和厌氧微生物电 化学催化体系(电生物体系)等3种体系对 PCP的降解效果，重点研究了电生物体系中 PCP的主要脱氯途径和转化机制，探讨电化学一微生物一PCP耦合的电子传递过程，为推广 电生物体系在处理难降解有机物方面的应用提供基础研究． 1 试验材料与方法 1．1 试验装置 试验装置如图1所示，反应器 由有机玻璃制 作，整体尺寸为 100×250×300mm ，电生物体 系、微生物体系和电催化体系所使用的反应器 相同，反应器均加盖密闭保持厌氧状态．采用一元 DSA电极板(购于北京恒钛公司)，阴极为Pd／Ti 极板，阳极为 Ti极板，每块 电极面积为 80× 200ram ，极板间距为 100mm．五氯酚(PCP)购于 天