[发明专利]一种PANI/BiVO4复合光催化剂与微生物燃料电池耦合系统

摘要

本发明提供了一种PANI/BiVO4复合光催化剂与微生物燃料电池耦合系统，属于污水处理与能源回收利用技术领域，微生物燃料电池降解有机物的同时产生电能，与PANI/BiVO4复合光催化阴极组合构成PANI/BiVO4光催化与微生物燃料电池耦合系统，2h内对罗丹明B的降解率达到84％，在酸性条件下pH＝3耦合系统30min罗丹明B降解效率达到94％；该耦合系统在无光条件下催化罗丹明B降解率为62％；PANI/BiVO4复合光催化剂与微生物燃料电池耦合系统适合处理有机废水和无机氨氮废水，氨氮去除率达74％。PANI/BiVO4复合催化剂催化性能稳定。

主权项

一种PANI/BiVO4复合光催化剂与微生物燃料电池耦合系统，其特征在于，步骤如下：1)BiVO4催化剂前驱体制备：按照BiNO3与HNO3摩尔比为1：32将BiNO3·5H2O溶于4mol L‑1的HNO3溶液中得到混合溶液A，按照NH4VO3与NaOH摩尔比为1：32将NH4VO3溶于4mol L‑1的NaOH溶液中得到混合溶液B；然后分别向上述两种混合溶液中加入0.1mol/L的表面活性剂CTAB，CTAB与BiNO3的摩尔比为1，搅拌0.5h，按照BiNO3·5H2O和NH4VO3摩尔比1:1将上述两种混合溶液混合，调节pH值至5，搅拌0.5h，得到混合溶液C；2)PANI/BiVO4复合光催化剂制备：向步骤1)的混合溶液C中添加不同比例的PANI，继续搅拌0.5小时制备前驱液，将添加PANI的混合溶液C置于反应釜中，120℃‑200℃条件下水热合成，降至室温，将产物用去离子水和无水乙醇洗涤去除残液，干燥，制得的PANI/BiVO4复合光催化剂粉体用研钵仔细研磨均匀；电极组件制备：以SiO2计，按照25％的分散量将PANI/BiVO4复合光催化剂溶于酸性硅溶胶中，搅拌，超声，使其充分分散，均匀涂覆在不锈钢网电极上，制得电极组件；3)光催化反应器：将电极组件浸没在模拟废水罗丹明B中，将卤素灯置于罗丹明B液面正上方，底部注入曝气头，进行曝气；光催化反应器运行：定时采样，用紫外‑可见分光光度计测其吸光度，分析罗丹明B浓度变化；该PANI/BiVO4复合光催化剂与微生物燃料电池耦合系统：采用双室反应器，将碳颗粒置于阳极室内，阳极为厌氧环境；罗丹明B或氨氮模拟废水置于阴极室，阴极室底部设有曝气；阳极室与阴极室由质子交换膜隔开，光源置于阴极室外；置于阳极室内碳颗粒接种产电希瓦式菌；MFC反应器运行：阴极采用不锈钢网负载PANI/BiVO4复合型光催化剂，阳极采用碳棒电极，连接电阻，用铜线连通电路，定时采样分析罗丹明B浓度变化。