一种聚苯胺-微生物复合电极的制备方法技术

一种聚苯胺-微生物膜复合电极的制备方法，属于高氯酸根废水生物处理领域。本发明专利技术采用电化学的方法，将聚苯胺修饰于浸蜡石墨电极表面，利用聚苯胺的生物亲和性，将高氯酸盐降解菌附着于修饰电极聚苯胺的表面，形成对高氯酸盐有降解效果的新型电极，在电极表面通过电流，使污染物高氯酸盐在电场和微生物的双重作用下降解，实现了微生物电催化作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废水生物处理
，拟用于高氯酸盐的降解，涉及。
技术介绍
高氯酸盐被广泛用于皮革加工、橡胶制造、化肥生产等领域。由于高氯酸根在水中的溶解度大，且不易被大多数土壤和矿物质吸附，高氯酸盐一旦进入环境即会随着地下水和地表水的流动而快速扩散，从而造成污染范围的迅速扩大。高氯酸盐进入人体，会影响碘的吸收，从而破坏甲状腺功能。高氯酸盐由于其环境稳定性及高溶解度，难于从水体中有效的去除。尚可用于地表水中高氯酸根离子去除的离子交换技术、膜技术和电渗析技术存在着设备运行维护费用较高的缺点。采用直接电催化还原C104_的方法，使其还原为Cl_，是实现C104_的无害化处理最有效途径。但电化学直接还原ClO4-的反应速度慢，是这一技术的应用受到限制的最主要因素。C104_虽然具有U87V的氧化电位，但由于Cl处于四个氧原子中间位置，其还原过程需要破坏四个共价键，可能涉及多步还原的反应机理，导致其电化学还原反应的速率低。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术采用电化学与微生物相互结合的方式，利用聚苯胺修饰的石墨电极，强化经高氯酸盐驯化的微生物在电极表面成膜富集，制作成聚苯胺-微生物复合电极，以达到对高氯酸盐的降解。聚苯胺除了具有其它芳杂环聚合物所共有的特点，如抗氧化性和热稳定性之外， 还兼具有独特的掺杂行为和良好的电化学可逆性，加上原料易得、合成方法简单，使用聚苯胺与微生物相互结合具有以下优势聚苯胺具有生物亲和性，可以附着经过驯化后的微生物膜；聚苯胺具有良好的导电性，通过电极提供的电子利用微生物的生物催化作用降解高氯酸盐。1、本专利技术可以通过以下方法实现(1)设置电解池为三电极体系，以制作的浸蜡石墨电极为工作电极，钼片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，苯胺-硫酸溶液为电解液，在室温条件下，进行聚苯胺的电化学合成，聚合过程中扫描速度为50mV/s，先采用-0. 6V 1. 2V电压区间扫描两次进行激活；激活完成后，再采用-0. 6V 0. 85V电压区间聚合15圈；(2)将驯化完成的厌氧污泥注入反应装置中，加入适量培养液，将制作完成的聚苯胺石墨电极作为工作电极浸入培养液中，对电极采用未经处理的普通石墨电极，该反应装置的底部设有电磁搅拌器，采用电磁搅拌器搅拌溶液，使污泥保持悬浮状态；(3)在反应装置的外侧加有电场，以恒定电压1.5V作为外加电源，工作电极与负极相连，对电极与电池正极相连。(4)反应器每两天换水一次，换水前将电磁搅拌器停止，静置10分钟，使污泥沉降，将上清液排除，然后加入新配置营养液，曝氮气去除其中氧气；(5)室温下经过四周的培养，取出工作电极，制作完成。本专利技术采用经过高氯酸盐驯化的普通厌氧污泥，驯化过程通过高氯酸根的浓度的提高来实现，高氯酸钠最终浓度80mg/L。本专利技术中采用营养液各组分浓度如下基本元素40-50mg/L磷酸氢二钾，20-30mg/L磷酸二氢钠，10-20mg/L磷酸二氢铵，约1000mg/L碳酸氢钠，3-5mg/L硫酸镁，5-10mg/L乙二胺四乙酸钠，约lmg/L氯化钙微量元素钼酸钠，二氧化钴，亚硒酸钠，硫酸镍，硫酸锌，氯化铜，氯化锰，硼酸四附图说明图1为本专利技术用聚苯胺修饰石墨电极的三电极体系示意图，图2为本专利技术中电极挂膜装置示意中1为计算机，2为电化学工作站，3为钼电极，4为盐桥，5为饱和甘汞电极，6 为饱和氯化钾溶液，7为苯胺-硫酸混合溶液，8为浸蜡石墨电极，9为聚苯胺石墨电极，10 为有机玻璃反应器，11为电磁搅拌器，12为转子，13为1号干电池，14为对电极。五具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细说明本专利技术的应用实例1、聚苯胺-微生物膜复合电极的制备(1)浸蜡石墨电极的制备截取打磨两根石墨电极，待表面光滑后，浸蜡处理，石墨表面形成均勻蜡层。石蜡凝固后将电极侧面用砂纸和称量纸打磨光滑，制作成浸蜡石墨电极。打磨好的电极分别经自来水、0. 5mol/L硫酸溶液，丙酮、蒸馏水超声清洗5分钟。(2)苯胺-硫酸溶液的配置将6. 80ml 98%的浓硫酸溶于有适量蒸馏水的IOOml烧杯中，后缓慢加入4. 55ml 经过蒸馏的苯胺，搅拌至苯胺完全溶解，待混合溶液冷却后，转移至IOOml容量瓶中定容， 得到苯胺-硫酸混合溶液7的浓度分别为0. lmol/L和0. 5mol/L。(3)浸蜡石墨电极的聚苯胺电化学合成以浸蜡石墨电极8作为工作电极，钼电极3作为对电极，饱和甘汞电极5作为参比电极在三电极体系下利用计算机1和电化学工作站2进行聚苯胺合成，电解液在使用前高纯氮气曝气15分钟除去其中的氧气。采用循环伏安法聚合，扫描速度选择50mV/s，采用_0. 6V 1. 2V电压区间扫描两次进行激活，激活完成后调节电化学工作站工作电压区间为-0. 6V 0. 85V，聚合15圈。聚合完成后取出经过聚苯胺修饰的浸蜡石墨电极，风干。(4)聚苯胺-生物膜复合电极的制备在2. 5L的柱型反应器中添加0. 5L厌氧污泥，驯化过程通过高氯酸根的浓度的提高来实现，本专利技术设计使用三个高氯酸钠浓度为20mg/L、50mg/L、80mg/L，每个浓度下培养驯化10天，采用的营养液各组分浓度分别为基本元素47mg/L磷酸氢二钾，27mg/L磷酸二氢钠，16mg/L磷酸二氢铵，1000mg/L 碳酸氢钠，3mg/L硫酸镁，6mg/L乙二胺四乙酸钠，lmg/L氯化钙4微量元素钼酸钠，二氧化钴，亚硒酸钠，硫酸镍，硫酸锌，氯化铜，氯化锰，硼酸取经过驯化后的微生物投入有机玻璃反应器10中，加入配置好的营养液，使水深能够没过浸蜡石墨电极经过聚苯胺修饰的部分。将聚苯胺石墨电极9作为工作电极浸入培养液中，对电极14采用未经处理的普通石墨电极，采用电磁搅拌器11进行溶液搅拌，使污泥保持悬浮状态，增加污泥与电极接触。有机玻璃反应器10中，采取外加电场的方法，强化微生物挂膜速度，以1号干电池 13提供的恒定电压1. 5V作为外加电源。有机玻璃反应器每两天换水一次，换水前测定整个电路的电流大小，保证实验装置连接通畅，测定电流完毕后，将电磁搅拌器停止，静置10分钟，使污泥沉降，将上清液排除，然后加入新配置营养液，曝氮气去除其中氧气。室温下经过四周的培养，取出工作电极，制作完成。本专利技术制备的聚苯胺-微生物复合电极能够有效去除高氯酸盐，具有良好的应用前景。权利要求1. 一种聚苯胺-微生物膜复合电极的制备方法，其特征在于该制备方法步骤如下(1)设置电解池为三电极体系，以制作的浸蜡石墨电极为工作电极，钼片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，苯胺-硫酸溶液为电解液，在室温条件下，进行聚苯胺的电化学合成，聚合过程中扫描速度为50mV/s，先采用-0. 6V 1. 2V电压区间扫描两次进行激活；激活完成后，再采用-O. 6V 0. 85V电压区间聚合15圈；(2)将驯化完成的厌氧污泥注入反应装置中，加入适量培养液，将制作完成的聚苯胺石墨电极作为工作电极浸入培养液中，对电极采用未经处理的普通石墨电极，该反应装置的底部设有电磁搅拌器，采用电磁搅拌器搅拌溶液，使污泥保持悬浮状态；(3)挂膜反应装置的有外加电场电场，以恒定电压1.5V作为外加电源，聚苯胺石墨电极和对电极相聚5厘米，工作电极与负极相连，对电极与电池正极相连；(4)反应器每两天换水一次，换水前将本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种聚苯胺－微生物膜复合电极的制备方法，其特征在于该制备方法步骤如下：（１）设置电解池为三电极体系，以制作的浸蜡石墨电极为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，苯胺－硫酸溶液为电解液，在室温条件下，进行聚苯胺的电化学合成，聚合过程中扫描速度为５０ｍＶ／ｓ，先采用－０．６Ｖ～１．２Ｖ电压区间扫描两次进行激活；激活完成后，再采用－０．６Ｖ～０．８５Ｖ电压区间聚合１５圈；（２）将驯化完成的厌氧污泥注入反应装置中，加入适量培养液，将制作完成的聚苯胺石墨电极作为工作电极浸入培养液中，对电极采用未经处理的普通石墨电极，该反应装置的底部设有电磁搅拌器，采用电磁搅拌器搅拌溶液，使污泥保持悬浮状态；（３）挂膜反应装置的有外加电场电场，以恒定电压１．５Ｖ作为外加电源，聚苯胺石墨电极和对电极相聚５厘米，工作电极与负极相连，对电极与电池正极相连；（４）反应器每两天换水一次，换水前将电磁搅拌器停止，静置１０分钟，使污泥沉降，将上清液排除，然后加入新配置营养液，曝氮气去除其中氧气；（５）室温下经过四周的培养，取出工作电极，制作完成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高明明，张刚，王曙光，张国辉，王新华，杨英，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88