利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法技术

技术编号:15186985 阅读:193 留言:0更新日期:2017-04-19 04:00
本发明专利技术公开一种利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,属于有色金属处理与分离回收领域。MFCs由阳极室、阳极电极、阴极室、阴极电极和离子交换膜组成;阳极和阴极电极均为碳棒、碳布、碳粒、碳毡等的碳材料;阳极和阳极电极附着电化学活性生物膜;阳极进水为含有钼锡酸盐和有机碳源的混合溶液;阳极出水经适当酸化调整后进入阴极,从而实现钼锡酸盐中的锡酸盐和钼酸盐分别在阳极和阴极沉积并分离的过程。本发明专利技术提供了一种同时处理并分离伴生钼锡的钨矿冶炼废水和市政等有机污水的新方法,拓展了MFCs的应用领域和使用范围;过程无需消耗电能,清洁环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属处理与分离回收领域,特别涉及微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡。
技术介绍
钼、锡是储量大的斑岩型钨矿的重要伴生有色稀有金属(王明燕等,有色金属工程,2014,4(2):77-80),广泛应用于电子线路板、特性催化材料制备等领域。钼、锡酸盐常共存于这些尾矿废液中(李洪桂等,中国有色金属学报,2000,10(4):539-541),分离回收其中的钼和锡具有重要的经济效益、社会效益和生态效益。在有限的回收或分离钼锡的方法中,树脂选择吸附或离子交换法、溶剂萃取法是常用的技术(Schildeetal.,ReactivePolymers1994,22:101-106;Jhaetal.,Wastemanagement2012,32:1919-1925)。李洪桂等(中国有色金属学报,2000,10(4):539-541)依据强碱性阴离子交换法原理,将研制的M115改性为M115-a,有效吸附组成为0.6g/L(NH4)2MoO4和0.15g/LNa2SnO3的混合金属;该试剂也对组成含钼1.3g/L和锡0.0117g/L的实际废水有着较理想的吸附效果。此外,化学沉淀法、电解法还可以将锡酸盐或钼酸盐回收。如专利CN201110237194.3和CN201010279564.5是在电解槽中将废料锡转化生成金属锡;CN201010234797.3是将回收电路板废液经氢氧化钠和醋酸钠调节后,使锡酸钠浓度持续饱和,电解后得到金属锡;而专利CN201010579923.9是用石灰浆调节溶液pH,沉淀并回收β-锡酸。这些工艺过程具有耗能高、成本高、二次污染等缺点,寻求清洁的、低能耗的钼锡金属分离与回收技术,是人们关注的热点。锡酸根离子需要消耗酸转化为α-锡酸(反应式1),而钼酸根离子可在消耗酸和电子的同时被还原为MoO2(反应式2)。因此,结合钼锡酸盐化学反应特性的清洁钼锡回收分离技术,是其中的理论基础和依据。SnO32-+2H+→α-H2SnO3↓(1)MoO42-+4H++2e-→MoO2+2H2O(2)微生物燃料电池(Microbialfuelcells,MFCs)是近年兴起的、将废弃物中化学能转化为电能的新技术,主要由阳极室、阳极电极、阴极室、阴极电极、质子交换膜、外阻等组成。不同于传统的燃料电池,MFCs的阳极微生物从有机废水的“燃料”中“提取”电子,通过外电路与外阻导入阴极,在阴极还原电子受体如O2、NO3-、金属离子等。结合阴极金属还原的MFCs技术为清洁有效处理与回收单一或多种金属提供了有效途径,如专利CN201310345579、CN201210153753、CN201210153753、CN201310145779、CN201410669734.9、及论文(Modin等JHazardMater2012,235-236:291-297、Luo等FrontEnvironSciEng2015,9:522-527、Wu等SepPurifTechnol2015,147,114-124)等。然而,这些回收金属的MFCs或生物电化学技术均是利用阴极的还原性,在双室MFCs或生物电化学系统的阴极室还原和回收金属。全面考虑双室MFCs阴阳极特点,结合钼锡酸根的化学反应特性,开发新型的MFCs分离和回收钼锡金属技术是该领域要解决的重要问题。MFCs阳极微生物代谢有机“燃料”释放电子的同时产生H+,后者可穿过质子交换膜进入到阴极,在阴极与O2等电子受体和e-反应生成水或其它产物。MFCs运行过程中,由于质子交换膜的较大阻力,阳极酸化和阴极质子氢亏空(阴极碱化)严重,故常使用磷酸盐或碳酸盐缓冲溶液(如Deslooveretal.,Biochem.Soc.T.2012,40:1233-1238等),但却增加了运行成本和后续环境压力。为此,Cheng等以及Blanchet等多个研究小组将富含质子氢的生物膜阳极切换为阴极,在还原氧气的同时,有效解决阳极酸化和阴极质子亏空问题(Environ.Sci.Technol.2012,46:10372-10378;Bioresour.Technol.2014,173:224-230等)。不同于上述思路,无需切换MFCs阳极和阴极,也无需使用磷酸或碳酸缓冲液,如果将钼锡混合液直接泵入产酸的MFCs阳极,则耗酸的SnO32-可利用阳极酸在阳极沉积;出水经酸化调整后进入还原性的MFCs阴极,其中具有氧化性的MoO42-可在阴极得到还原和沉积。因此,巧妙利用MFCs的阳极和阴极特性,通过阳极进水、阳极出水进入阴极的进料方式,实现MFCs阳极回收锡、阴极回收钼的分离过程,这是本技术的关键。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用MFCs从钼锡酸盐的混合溶液中分离和回收钼锡的方法。具体地说是结合MFCs阳阴极特点,即阳极酸累积和阴极还原性的特性,依据锡酸盐沉积需要耗酸、钼酸盐沉积需要消耗电子和质子的化学反应特性,使MFCs阳极能选择性沉积锡、阴极选择性沉积钼,从而实现混合钼锡酸盐溶液中钼锡分离之目的。本专利技术的技术方案:一种利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,步骤如下:MFCs包括阳极室、阳极电极、阴极室、阴极电极、离子交换膜以及外阻,将钼酸盐和锡酸盐混合溶液、有机碳源以及微生物营养液通过进水泵注入MFCs的阳极室,阳极室的初始pH为8.0~11.0,化学需氧量为100~3000mg/L;阳极出水经酸化调整至pH为1.0~4.0后,进入MFCs的阴极室;阳极电极和阴极电极经外电阻与数据收集系统相连;阳极液和阴极液的电导率范围为0.8~20.0mS/cm;阳极电势为–0.30~0V,阴极电势为–0.16~0.30V。MFCs的阳极进水为含有钼锡酸盐的混合溶液,钼锡含量范围为1~1000mg/L。所述的有机碳源浓度为100~3000mg/L(以COD计)。所述的阳极电极和阴极电极均为碳棒、碳布、碳粒、碳毡等的碳材料。所述的外电阻为1~1000Ω。MFCs阳极进水的其它成分为:2.9mM(NH4)2SO4;0.84mMK2SO4;1.0mMNaH2PO4;矿质元素:12.5mL/L的组成为MgSO4:3.0g/L、MnSO4·H2O:0.5g/L、NaCl:1.0g/L、FeSO4·7H2O:0.1g/L、CaCl2·2H2O:0.1g/L、CoCl2·6H2O:0.1g/L、ZnCl2:0.13g/L、CuSO4·5H2O:0.01g/L、KAl(SO4)2·12H2O:0.01g/L、H3BO3:0.01g/L、NiCl2·6H2O:0.024g/L和Na2WO4·2H2O:0.024g/L;维生素:12.5mL/L的组成为维生素B1:5.0g/L、维生素B2:5.0g/L、维生素B3:5.0g/L、维生素B5:5.0g/L、维生素B6:10.0g/L、维生素B11:2.0g/L、维生素H:2.0g/L、对氨基苯甲酸:5.0g/L、硫辛酸:5.0g/L和氨基三乙酸:1.5g/L。所述阳极室接种污水处理厂澄清池污泥作为驯化电化学活性微生物的菌源。所述澄清池污泥的pH:7.0~8.0;电导率:1本文档来自技高网
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利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法

【技术保护点】
一种利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,其特征在于,步骤如下:MFCs包括阳极室、阳极电极、阴极室、阴极电极、离子交换膜以及外阻,将钼酸盐和锡酸盐混合溶液、有机碳源以及微生物营养液通过进水泵注入MFCs的阳极室,阳极室的初始pH为8.0~11.0,化学需氧量为100~3000mg/L;阳极出水经酸化调整至pH为1.0~4.0后,进入MFCs的阴极室;阳极电极和阴极电极经外电阻与数据收集系统相连;阳极液和阴极液的电导率范围为0.8~20.0mS/cm;阳极电势为–0.30~0V,阴极电势为–0.16~0.30V;MFCs的阳极室和阴极室在运行过程中保持无氧环境。

【技术特征摘要】
1.一种利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,其特征在于,步骤如下:MFCs包括阳极室、阳极电极、阴极室、阴极电极、离子交换膜以及外阻,将钼酸盐和锡酸盐混合溶液、有机碳源以及微生物营养液通过进水泵注入MFCs的阳极室,阳极室的初始pH为8.0~11.0,化学需氧量为100~3000mg/L;阳极出水经酸化调整至pH为1.0~4.0后,进入MFCs的阴极室;阳极电极和阴极电极经外电阻与数据收集系统相连;阳极液和阴极液的电导率范围为0.8~20.0mS/cm;阳极电势为–0.30~0V,阴极电势为–0.16~0.30V;MFCs的阳极室和阴极室在运行过程中保持无氧环境。2.根据权利要求1所述的利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,其特征在于,所述的钼酸盐和锡酸盐混合溶液,其中,钼锡在阳极室中的浓度为1~1000mg/L;所述的有机碳源在阳极室中的浓度为100~3000mg/L。3.根据权利要求1或2所述的利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,其特征在于,所述的阳极电极和阴极电极均为碳棒、碳布、碳粒或碳毡。4.根据权利要求1或2所述的利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,其特征在于,所述的外电阻为1~1000Ω。5.根据权利要求3所述的利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,其特征在于,所述的外电阻为1~1000Ω。6.根据权利要求1、2或5所述的利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,其特征在于,MFCs阳极室中微生物营养液的成分为:2.9mM(NH4)2SO4;0.84mMK2SO4;1.0mMNaH2PO4;矿质元素:12.5mL/L的组成为MgSO4:3.0g/L、MnSO4·H2O:0.5g/L、NaCl:1.0g/L、FeSO4·7H2O:0.1g/L、CaCl2·2H2O:0.1g/L、CoCl2·6H2O:0.1g/L、ZnCl2:0.13g/L、CuSO4·5H2O:0.01g/L、KAl(SO4)2·12H2O:0.01g/L、H3BO3:0.01g/L、NiCl2·6H2O:0.024g/L和Na2WO4·2H2O:0.024g/L;维生素:12.5mL/L的组成为维生素B1:5.0g/L、维生素B2:5.0g/L、维生素B3:5.0g/L、维生素B5:5.0g/L、维生素B6:10.0g/L、维生素B11:2.0g/L、维生素H:2.0g/L、对氨基苯甲酸:5.0g/L、硫辛酸:5.0g/L和氨基三乙酸:1.5g/L。7.根据权利要求3所述的利用微生物燃料电池从钼锡酸盐混合溶液中分离并回收钼锡方法,其特征在于,MFCs阳极室中微生物营养液的成分为:2.9mM(NH4)2SO4;0.84mMK2SO4;1.0m...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄丽萍林喆乾全燮潘玉珍石勇杨金辉
申请(专利权)人:大连理工大学
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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