微生物电化学系统处理含银废液制备纳米银及其结构调控研究

Traditional silver wastewater treatment and silver nano particles preparation have certain shortages. Microbial electrochemical system has advantages of electricity generation while treating silver wastewater for resource recovery. The project is proposed to investigate the silver nano particles preparation and shape-structure control in microbial electrochemical system for silver wastewater treatment and resource recovery. Its feasibility is proved by our previous experimental results.. The parameters including the impurities involved in the technique are investigated for their effect on the nano particles morphology and size. The recipe for the nano silver materials preparation and structure control then can be obtained. Through the investigation of silver ions reduction dynamics using electrochemical testing techniques and materials characterization, the dynamic parameters and rules for nano particles deposition can be determined. Then the mechanism for nano silver particles formation and silver ions removal in microbial.electrochemical system can be illustrated according to thermodynamic analysis and fractal growth theory. And this mechanism may provide references for silver nano particles preparation and structure control.. Through the present research, the novel techniques for silver nano particles preparation may be promoted and so its applications in environment and energy fields.

项目针对传统技术处理含银废液及纳米银制备技术存在的问题，在前期微生物电化学系统处理含银废液制备树枝状纳米银的基础上，借鉴微生物电化学系统还原银离子产电的优势，提出在微生物电化学系统处理含银废液回收资源过程中实现多种形貌纳米银的制备及结构调控技术。. 项目通过研究微生物电化学系统处理含银废液制备纳米银的不同策略及含银废液中典型杂质对银纳米粒子形貌及尺寸的影响规律，获得纳米银的制备及结构调控技术。通过多种电化学技术研究银离子在微生物电化学系统中的还原动力学过程，结合纳米材料的实时表征，获得银离子还原沉积纳米银的动力学规律和参数。结合分型生长理论及热力学计算分析，揭示废液中银离子的去除及银纳米粒子的生长机制，为拓展银纳米粒子的制备及结构调控技术提供参考。. 通过该项目的实施，将能推动纳米银材料的制备技术创新，促进纳米银材料在环境净化和能源转化利用中的应用。

项目针对传统技术处理含银废液及纳米银制备技术存在的问题，提出在微生物电化学系统处理含银废液回收资源过程中实现多种形貌纳米银的制备及结构调控技术。.项目首先通过研究不同银源在微生物电化学系统中还原的特性和规律，优化了树枝状纳米银的制备工艺，结果发现该过程中银离子的浓度对纳米银晶体的形貌和粒径大小都是影响很大的，块状、片状、网状及树枝状纳米银的生长行为都符合分型理论，且树枝状纳米银的所有侧枝均与主枝呈约60°排列。.项目采用不同化学修饰技术修饰碳布阴极用于银纳米粒子合成，PVA修饰的碳布可用于精准合成调控片层花状纳米银颗粒。纳米银颗粒在PVA修饰碳布阴极上生长规律研究表明在过小的外接电阻条件下，沉积银的生长遵循扩散限制聚集（DLA）模型，纳米银呈现典型的树枝状分布。随着外接电阻的增加，片层花状生长的趋势逐渐明显，沉积银可以形成片层花状微纳结构。而过小的电流密度会导致片状结构的生长遵循反应限制聚集（RLA）模型，进而造成片状的尺寸过大。.含银废液中不同的保护剂对于沉积的银纳米粒子形貌具有重要影响，结合不同的反应时间和电流调控，可以合成从零维到三维的不同形貌特征的纳米银颗粒。加入EDTA-2Na后纳米银颗粒起始阶段生长符合Aggregative Growth理论，随着时间延长三维枝状纳米银生长符合DLA模型的预测。而采用SDS保护剂时，推测纳米银生长从开始阶段符合聚结和Ostwald ripening生长理论，到晚期阶段生长规律符合Aggregative Growth理论。.项目研究最终获得了纳米银的制备及结构调控技术，获得了银离子还原沉积纳米银的动力学规律和参数，揭示了废液中银离子的去除及银纳米粒子的生长机制，为拓展银纳米粒子的制备及结构调控技术提供了参考。