Removal of copper from aqueous solution by electrodeposition in cathode chamber of microbial fuel cell

微生物燃料电池 阴极 化学 金属 水溶液 电化学 核化学 材料科学 阳极 电极 冶金 物理化学
作者
Hu‐Chun Tao,Min Liang,Wei Li,Lijuan Zhang,Jinren Ni,Wei‐Min Wu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:189 (1-2): 186-192 被引量:207
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2011.02.018
摘要

Based on energetic analysis, a novel approach for copper electrodeposition via cathodic reduction in microbial fuel cells (MFCs) was proposed for the removal of copper and recovery of copper solids as metal copper and/or Cu2O in a cathode with simultaneous electricity generation with organic matter. This was examined by using dual-chamber MFCs (chamber volume, 1 L) with different concentrations of CuSO4 solution (50.3 ± 5.8, 183.3 ± 0.4, 482.4 ± 9.6, 1007.9 ± 52.0 and 6412.5 ± 26.7 mg Cu2+/L) as catholyte at pH 4.7, and different resistors (0, 15, 390 and 1000 Ω) as external load. With glucose as a substrate and anaerobic sludge as an inoculum, the maximum power density generated was 339 mW/m3 at an initial 6412.5 ± 26.7 mg Cu2+/L concentration. High Cu2+ removal efficiency (>99%) and final Cu2+ concentration below the USA EPA maximum contaminant level (MCL) for drinking water (1.3 mg/L) was observed at an initial 196.2 ± 0.4 mg Cu2+/L concentration with an external resistor of 15 Ω, or without an external resistor. X-ray diffraction analysis confirmed that Cu2+ was reduced to cuprous oxide (Cu2O) and metal copper (Cu) on the cathodes. Non-reduced brochantite precipitates were observed as major copper precipitates in the MFC with a high initial Cu2+ concentration (0.1 M) but not in the others. The sustainability of high Cu2+ removal (>96%) by MFC was further examined by fed-batch mode for eight cycles.
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