MnO_2强化水中对氯硝基苯的生物电化学还原研究

摘要

电极的结构和性质是影响生物电化学体系(BES)阴极反应效率的重要因素。以对氯硝基苯(4-CNB)为去除对象,研究了MnO2对BES阴极生物电还原水中4-CNB的强化作用。结果表明,使用碳电极原位还原KMnO4的方法能够在碳布(CP)表面生长具有连续均一三维片层结构的MnO2,且CP-MnO2电极对4-CNB的还原活性较CP电极更高;两种电极对4-CNB的去除均遵循一级反应动力学,CP-Mn O2能够更加有效地去除水中的4-CNB,其反应动力学常数是普通CP电极的1.47倍。MnO2对4-CNB生物电还原的强化作用主要是由于MnO2三维片层结构极大地增加了电极表面积,为电活性细菌和生物膜附着生长提供了更多的位点和空间,进而提高了生物膜密度;此外,MnO2的准电容特性通过Mn(Ⅳ)和Mn(Ⅲ)之间的快速转换提高了电子在界面上的转移速率。该法操作简单、绿色、成本低,在构建BES高效电极强化去除水中污染物效果方面有着很高的潜在应用价值。