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以铝-空气电池为代表的一系列金属-空气电池,只需要金属和空气中氧气的参与反应即可产生电能,此类电池有着能量密度高、反应装置简单和反应产物对环境无污染等优点,是一种有着较大发展潜力的绿色能源。目前对于金属-空气电池的研究主要集中在产电性能的优化方面,但是根据反应原理（以铝-空气电池为例）,电池在反应过程中会产生铝盐,而铝盐恰好是混凝工艺所需要添加的药剂,所以利用电池装置进行混凝等工艺在原理上是切实可行的,且电池在产电的同时即可完成对水中污染物质的去除,符合绿色、可持续的理念,但是目前将金属-空气电池装置运用于水处理的研究相对较少,仅有少数人利用其在除砷、除藻和除磷等方向进行了研究,大范围的探索和研究目前尚未开展。实验以铝-空气电池反应装置为基础,通过对电池的实时电流/电压进行监测、对极化曲线和电池内阻进行测量,考察了电导率、极板间距和pH值等因素对电池产电性能的影响;对产生铝的总浓度进行测量,比较理论计算值和通过ICP-MS测量的实际值之间的差距,从混凝工艺的角度出发,以Ala、Alb和Alc对铝形态进行分类,通过Al-Ferron络合比色法对不同条件下的铝-空气电池产生铝的形态进行了测定,寻找控制电池产生铝形态的有效方法;最后采用铝-空气电池对水中腐植酸进行处理,通过设置不同的条件,如不同pH值、不同电导率和不同污染负荷等,探究应用铝-空气电池装置混凝去除腐植酸的影响因素,通过对水样UV254的测定和三维荧光光谱的扫描判断腐植酸的去除情况,同时采用絮凝度监测仪器对反应过程中絮体的混凝程度进行了实时监测。实验的主要结论如下:1.电解液NaCl浓度的升高会使得铝-空气电池的产电性能增强,NaCl浓度为3.5g/L时的产电性能最佳,输出电压可达342mV,此时铝电极的极化现象较弱,功率密度高达427.6mW/cm2;电池极板间距的增加会使得电池的内阻增加,从而影响电池的产电性能,极板间距为3cm时的电池内阻仅12Ω,输出电压可达300mV左右,而极板间距增加至12cm时,电池的内阻增加到32Ω,输出电压也相应减小至190mV左右;pH值也是影响电池产电性能的因素,pH值在5-9的范围内,pH值为5和9时的产电性能要优于其他条件下的产电性能,其中pH值为9时的产电性能最佳,输出电压可达247mV,功率密度为326.1mW/cm2,而产电性能最差的pH值为7的条件下,输出电压为227mV左右,功率密度仅250mW/cm2左右,造成这种现象的原因是强酸和强碱条件下铝电极表面钝化层溶解,削弱了铝电极的极化现象;在其他条件相同的情况下,水力循环条件对电池的产电性能影响较小,最佳产电条件和最差产电条件下的输出电压差值小于5mV;而采用不同外接电阻时,电池的产电性能也不同,电池接入20Ω电阻最为适宜,接入10Ω小电阻会使得电池在反应后期出现输出电压下降的现象,而采用50Ω的大电阻时,电池的产电性能较差。2.电池反应产生铝的浓度与电池的产电性能呈正相关,这是因为产电性能与电子转移量有关,产电性能越好电子转移就越多,从而也加快了铝电极的溶解,以电解液NaCl浓度为3.5g/L时为例,pH值为9反应时长为1h、2h和3h的实际测量铝浓度分别为8.85 mg/L、17.49 mg/L和26.04 mg/L,而通过理论计算得出的铝浓度分别为8.67mg/L、17.25mg/L和25.78mg/L,比较发现二者相差较小,可采用理论计算的方法对铝-空气电池产生的铝浓度进行粗略估算;电解液的NaCl浓度对于电池产生的总铝浓度有着较为明显的影响,NaCl浓度为3.5g/L时,在反应180min结束后,产生的总铝浓度为25mg/L左右,随着NaCl浓度的增加,铝浓度的增加使得水中Alb所占比例也随之增加,从0.5g/L时的18%增加到了32%;不同pH值对于总铝浓度的影响不大,但是对铝形态有着较大影响,pH值为5-7时产生的Alb所占比例30%左右,而碱性条件下Alb的含量降低至20%左右,多数以Alc的形式存在,整体来看,各种条件下的铝形态均以Alc>Alb>Ala的形式分布。3.以铝-空气电池装置混凝去除水中腐植酸的方法可行有效,NaCl浓度为1g/L时对浓度为20mg/L及以下的腐植酸水样有着较高的去除效率,反应进行至60min时,10mg/L的腐植酸水样UV254的值从0.3降至0.03左右,去除率接近90%,20mg/L的腐植酸水样的UV254从0.7降低至0.1左右,也有着较好的去除效果;电解液的NaCl浓度、腐植酸浓度和溶液的pH值都对混凝过程有着一定的影响,NaCl浓度的增加可以加快混凝去除腐植酸的过程,而腐植酸浓度的增加可以使反应的混凝程度更高,pH既会影响腐植酸部分官能团的存在形式,还对反应中产生铝的形态有着一定影响,综合来看,在pH值5-9的范围内,酸性条件下产生絮体的混凝程度和腐植酸的去除效果要优于碱性条件下的情况,反应进行至60min时,仅pH值为5时的UV254的值小于0.1;同时还将此技术与常规混凝方法相比较,发现投加常规混凝药剂聚合氯化铝对混凝去除腐植酸的效果较差,投加浓度为40mg/L时水样中的UV254的值仍然高达0.3左右。实验对影响铝-空气电池产电性能的因素进行了探究,对反应产生铝的形态进行了测定,为以后的相关研究提供了理论依据,同时将电池装置应用于混凝处理中,讨论了采用铝-空气电池装置混凝去除水中腐植酸的可行性,为铝-空气电池混凝技术在水处理领域的应用提供了新思路。图[43]表[4]参[89]