[发明专利]一种聚苯胺-微生物复合电极的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于废水生物处理技术领域，拟用于高氯酸盐的降解，涉及一种聚苯胺-微生物复合电极的制备方法。

二、技术背景

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ClO₄^-的方法，使其还原为Cl^-，是实现ClO₄^-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。ClO₄^-虽然具有1287V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。

三、发明内容

针对以上问题，本发明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、本发明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，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)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。

本发明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。本发明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1mg/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为本发明用聚苯胺修饰石墨电极的三电极体系示意图，图2为本发明中电极挂膜装置示意图

图中：1为计算机，2为电化学工作站，3为铂电极，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、具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细说明本发明的应用实例

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，石墨表面形成均匀蜡层。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