徐亦奇，韋偉，2，朱佳

(1.安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.水污染控制與廢水資源化安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601；3.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑與環(huán)境工程學(xué)院，廣東 深圳 518055)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)能源如煤、石油等又存在著污染嚴(yán)重的問(wèn)題，所以電能與風(fēng)能等作為清潔能源受到越來(lái)越多的關(guān)注，燃料電池是產(chǎn)生電能的裝置[1]，其原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[2]。金屬-空氣電池是一種新型的燃料電池，相比于其他燃料電池，有著較高的理論能量密度和功率密度，操作十分便捷，產(chǎn)物無(wú)毒害或者毒性較小，對(duì)環(huán)境較為友好，目前在汽車(chē)新能源[3]、軍工[4]和航海[5]等領(lǐng)域已經(jīng)有了實(shí)際應(yīng)用。

但是在水處理領(lǐng)域中，利用金屬-空氣電池對(duì)水中污染物進(jìn)行處理的研究還較少，現(xiàn)階段的水處理方法大多還是通過(guò)投加化學(xué)藥劑[6-8](如投加絮凝劑，助凝劑和氧化劑等)、外加能源[9-10](如電絮凝)或者利用微生物的生物降解以達(dá)到目的[11-12]。金屬-空氣電池在產(chǎn)電的同時(shí)可以達(dá)到去除水中某些污染物的目的[13]，是一種有著較大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d技術(shù)。本文闡述了金屬-空氣電池的反應(yīng)原理，并介紹了金屬-空氣電池在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 金屬-空氣電池反應(yīng)機(jī)理

金屬-空氣電池是介于原電池和燃料電池之間的一種特殊的產(chǎn)電裝置[14]，此種形式的電池和原電池有幾分相似，但是又有著燃料電池的一些特點(diǎn)[15]，也被稱(chēng)為“半燃料”電池[16]，其不但具有燃料電池的一些優(yōu)點(diǎn)，也克服了燃料電池的一些不足。金屬-空氣電池按照電極間物質(zhì)的不同可以分為非水系金屬空氣電池和水系金屬空氣電池[17]，非水系的金屬空氣電池主要采用非水系凝膠電解質(zhì)作為電極間物質(zhì)[18]，此種電池較少研究與應(yīng)用；而水系金屬空氣電池較為常見(jiàn)，其電極間的電解質(zhì)為水溶液。目前對(duì)水系的鋁-空電池[19]，鋰-空電池[20]和鎂-空氣電池[21]等研究較多，也取得了一些成果。

金屬-空氣電池結(jié)構(gòu)如圖1所示，負(fù)極采用金屬材料(如鐵、鋁、鋅和鎂等)，正極采用空氣電極，兩電極間為電解質(zhì)，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接金屬電極與空氣電極即可產(chǎn)生電能。金屬-空氣電池的金屬電極作為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)[22]，被氧化的金屬變?yōu)殡x子形態(tài)進(jìn)入電解質(zhì)溶液中?？諝怆姌O為正極，同時(shí)也是氧還原的場(chǎng)所[23]，空氣電極通常由從外到內(nèi)的結(jié)構(gòu)為防水透氣層、氣體擴(kuò)散層、導(dǎo)電層和催化層。其中防水透氣層為防水的多孔物質(zhì)，有著良好透氣性的同時(shí)避免了水的滲出，材料多為聚四氟乙烯(PTFE)；氣體擴(kuò)散層為空氣充分接觸到的位置，此層有著較好的透氣性，使得空氣較容易到達(dá)催化層進(jìn)行氧還原反應(yīng)；導(dǎo)電層由金屬網(wǎng)組成，一般采用鎳、鉑和銅網(wǎng)等具有較好導(dǎo)電性的金屬組成，導(dǎo)電層在起到導(dǎo)電作用的同時(shí)可以對(duì)電極起到支撐的作用，使其保持相對(duì)固定的形狀；催化層在整體結(jié)構(gòu)中較為重要，主要成分是催化氧還原反應(yīng)的催化劑，催化層的成分和種類(lèi)多種多樣無(wú)固定的形式，至今仍有許多人致力于研究更加有效的催化劑。

圖1 金屬‐空氣電池結(jié)構(gòu)圖

正是因?yàn)榻饘匐姌O的持續(xù)氧化，氧氣在空氣陰極的氧還原反應(yīng)產(chǎn)生了電子的持續(xù)轉(zhuǎn)移，才使得裝置有著持續(xù)不斷的電流產(chǎn)生。在兩個(gè)電極的半反應(yīng)中，金屬電極氧化為金屬離子，其形式上與普通原電池較為相似，空氣電極處發(fā)生的反應(yīng)為氧還原反應(yīng)，此反應(yīng)的電極本身和電解質(zhì)溶液中的離子均不參與反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是空氣中的氧氣，此種反應(yīng)形式類(lèi)似于氫氧燃料電池中的一個(gè)半反應(yīng)。正是由于其正負(fù)極反應(yīng)形式一半與原電池相似一半與燃料電池相似，故稱(chēng)其為“半燃料”電池。對(duì)于不同的金屬和不同的電解質(zhì)體系，具體的反應(yīng)原理也略有不同，如表1所示，但是總體上仍然是金屬電極的氧化和空氣電極上的氧還原反應(yīng)。

根據(jù)反應(yīng)原理可知，反應(yīng)能夠持續(xù)發(fā)生的根本原因是兩電極間存在的電勢(shì)差，電勢(shì)差促使電子的持續(xù)流動(dòng)[24]，部分可作為金屬-空氣電池陽(yáng)極的金屬標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)如表2所示，空氣陰極的氧還原標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)見(jiàn)表3。

表1 部分金屬‐空氣電池反應(yīng)原理

表2 部分金屬電極標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)

表3 氧還原標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)

2 金屬-空氣電池的在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

對(duì)于金屬-空氣電池，目前的研究重點(diǎn)仍聚焦在優(yōu)化其產(chǎn)電性能方面，包括采用合金的金屬陽(yáng)極以減緩金屬的自腐蝕；對(duì)電解液進(jìn)行處理減緩絮體的生成從而保持電池的放電性能；研制更加高效的空氣陰極氧還原催化劑等。但是有少部分人利用金屬-空氣電池在水處理方向進(jìn)行了研究和探索，證明了金屬-空氣電池在產(chǎn)電的同時(shí)也有著水處理的作用和功能，目前利用金屬-空氣電池在水處理領(lǐng)域的研究相對(duì)較少且尚未形成系統(tǒng)的分析和研究方法，根據(jù)前人的研究?jī)?nèi)容，將利用金屬-空氣電池在水處理的研究?jī)?nèi)容分為對(duì)水中重金屬的去除，對(duì)水中物質(zhì)的收集和對(duì)生產(chǎn)、生活廢水的處理三個(gè)方面。

2.1 金屬‐空氣電池去除水中重金屬的研究

砷是重金屬，具有很強(qiáng)的毒性，其在自然界通常以三價(jià)和五價(jià)的形式存在，若在飲用水中含有超標(biāo)的砷元素(＞0.01 mg/L)，會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重的傷害，所以有效地去除水中超標(biāo)的砷是一項(xiàng)十分重要的工作。目前對(duì)砷的去除方法有吸附法[25-26]、膜分離法[27-28]、生物處理法[29-30]和混凝沉淀法[31-32]等，以上方法均可以達(dá)到一定的去除效果，但是上述的操作方法中，有些處理方法的成本較高，有些則需要相關(guān)的處理設(shè)施，還有些則需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間。采用金屬-空氣電池裝置處理水中的砷是一種新型的方法，具體的操作方式是將含砷廢水作為金屬-空氣電池的電解液通入金屬-空氣電池中，利用電池反應(yīng)生成的物質(zhì)與廢水進(jìn)行反應(yīng)，不僅可以有效的去除廢水中的砷，還可以同步產(chǎn)電。采用金屬-空氣電池裝置進(jìn)行處理，不僅對(duì)裝置的要求簡(jiǎn)單，同時(shí)也可以取得較好的處理效果。

影響電池產(chǎn)電性能的因素涉及許多方面，其中電解質(zhì)溶液的種類(lèi)對(duì)產(chǎn)電性能有著顯著的影響，Joo Yang Park等人[33]分別配置相同濃度的NaCl、NaHCO3和Na2SO4含砷溶液作為鐵-空氣電池的電解液，探究了不同電解液對(duì)產(chǎn)電和除砷效果的影響，發(fā)現(xiàn)在采用NaCl作為電解液時(shí)，有著最佳的除砷效果；而采用Na2SO4時(shí)雖然產(chǎn)電性能更好，但是除砷效果卻不是最好，推測(cè)可能是SO24-會(huì)與AsO34-競(jìng)爭(zhēng)與鐵的結(jié)合，從而影響了除砷效果；而采用NaHCO3會(huì)使得鐵電極很快產(chǎn)生鈍化層，從而使得產(chǎn)電性能和除砷效果都很差。隨后Jung Hwan Kim等人[34]同樣構(gòu)建了鐵-空氣電池，對(duì)其中的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行了分析，同時(shí)探究了不同pH條件下的除砷效果，通過(guò)拉曼光譜掃描判斷出鐵電極的反應(yīng)產(chǎn)物主要是纖鐵礦和磁赤鐵礦等鐵的氫氧化物。在除砷效果上，pH值為酸性的4-6之間的除砷效果較好，可在6 h內(nèi)將水中砷濃度降低至0.01 mg/L以下。綜合前人研究可知：砷酸鹽可以通過(guò)表面絡(luò)合作用與纖鐵礦形成內(nèi)球二齒表面復(fù)合物，這也解釋了鐵-空氣電池能夠除砷的原因。除了電解液對(duì)除砷效果有影響，金屬-空氣電池的空氣電極成分對(duì)產(chǎn)電和除砷也有著一定的影響，Yanxiao Si等人[35]也構(gòu)建了鐵-空氣電池，探究了空氣電極組成成分的改變對(duì)產(chǎn)電和除砷(三價(jià)和五價(jià))效果的影響，發(fā)現(xiàn)分別以活性炭、碳黑混合活性炭和碳黑為空氣電極材料時(shí)，單獨(dú)采用活性炭作為空氣電極材料時(shí)有著最好的產(chǎn)電性能，碳黑混合活性炭次之，僅采用碳黑作為空氣電極材料時(shí)電池的放電性能最差；在除砷效果上，采用活性炭時(shí)對(duì)五價(jià)砷去除效果最佳，采用碳黑對(duì)三價(jià)砷的去除效果最佳，而采用活性炭和碳黑混合空氣電極對(duì)三價(jià)和五價(jià)砷的去除效果介于兩者之間。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，在采用活性炭作為電極材料時(shí)，主要發(fā)生了氧的四電子還原產(chǎn)生OH-，所以有著較好的產(chǎn)電性能，而采用碳黑作為電極材料時(shí)，主要發(fā)生的是氧的二電子還原，產(chǎn)電性能較差但是產(chǎn)生了具有氧化性的H2O2和羥基自由基，從而將三價(jià)砷氧化為五價(jià)后與鐵的氫氧化物結(jié)合去除。Hubdar Ali Maitlo等人[36]構(gòu)建了雙室鐵-空氣電池，雙室電池的基本結(jié)構(gòu)與單室基本相同，區(qū)別是在中間加入了離子交換膜，將裝置分成了雙室。其研究將含砷廢水加入陽(yáng)極室，并采用NaCl和HCl作為陰極室電解液，探究了不同陰極電解液對(duì)產(chǎn)電性能和除砷效果的影響，研究發(fā)現(xiàn)采用HCl作為陰極電解液時(shí)產(chǎn)電性能和除砷效果均較好。采用雙室電池時(shí)除砷時(shí)，可以更好的控制兩極的反應(yīng)，使得電池的放電性能上更穩(wěn)定，但是結(jié)構(gòu)相對(duì)于單室電池略顯復(fù)雜，目前還沒(méi)有相關(guān)研究將單室和雙室電池的除砷和產(chǎn)電性能進(jìn)行對(duì)比，所以電池結(jié)構(gòu)對(duì)除砷的影響尚不清晰，需要后續(xù)的研究。Byung Min An等人[37]構(gòu)建了鋁-空氣電池來(lái)處理水中的砷，探究了不同電解質(zhì)對(duì)鋁-空氣電池產(chǎn)電性能和除砷效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)，采用NaCl、NaHCO3和Na2SO4三種不同的電解液時(shí)，采用NaCl電解液時(shí)的產(chǎn)電性能與除砷效果均達(dá)到最佳，這是因?yàn)镃l-的存在可以破壞鋁電極的鈍化層使得鋁電極可以持續(xù)反應(yīng)，而除砷的效果與鋁電極反應(yīng)后生成的Al(OH)3量有直接關(guān)系，水中的HAsO24-和HAsO34-通過(guò)與Al(OH)3共沉和吸附達(dá)到去除的目的。

綜合前人研究可知，除砷效果的好壞基本上與電池的放電性能有著直接關(guān)系，而電池的放電性能又與許多因素有關(guān)。電解質(zhì)溶液的種類(lèi)會(huì)影響電池的性能，當(dāng)采用含有Cl-的溶液作為電解液時(shí)，金屬空氣電池的產(chǎn)電性能與除砷效果都較好，這是因?yàn)镃l-可以破壞大多數(shù)金屬的鈍化層減弱了金屬電極的極化現(xiàn)象，使得金屬電極的電勢(shì)不會(huì)快速上升，而其他離子如HCO-3和SO24-不僅不會(huì)破壞金屬的鈍化層還會(huì)對(duì)HAsO24-和HAsO34-與金屬氫氧化物的結(jié)合產(chǎn)生不利影響，不僅導(dǎo)致電池放電性能變差，也會(huì)使除砷效果下降；電解質(zhì)的pH值也會(huì)影響產(chǎn)電性能和除砷效果，pH值的不同會(huì)導(dǎo)致空氣陰極發(fā)生不同的氧還原反應(yīng)，酸性條件下的氧還原反應(yīng)電勢(shì)更高，故電池放電性能更好，同時(shí)不同pH值還會(huì)導(dǎo)致生成絮體的形態(tài)產(chǎn)生差異，從而使得吸附性能有差異也會(huì)導(dǎo)致除砷效果的不同；空氣陰極的材質(zhì)也會(huì)影響電池的產(chǎn)電性能和除砷效果，在空氣陰極的氧還原反應(yīng)更傾向于四電子還原時(shí)，電池的產(chǎn)電性能較好，而空氣陰極的氧還原反應(yīng)更傾向于二電子還原時(shí)，會(huì)產(chǎn)生具有氧化性的羥基自由基和雙氧水，有利于對(duì)水中砷的氧化，使其更易沉淀吸附。這是一個(gè)需要權(quán)衡的因素，需要在有效除砷的同時(shí)能夠更加有效的產(chǎn)電；電池的構(gòu)型可能也會(huì)影響處理效果，但是目前針對(duì)電池構(gòu)型不同對(duì)除砷和產(chǎn)電的影響還尚未進(jìn)行研究，還需要后續(xù)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。

水中的重金屬污染除了砷之外，還有鉛、鎳、鉻、鎘和汞等元素，這些重金屬對(duì)人體健康也有著一定程度的危害，也是需要及時(shí)去除的對(duì)象，但目前利用金屬-空氣電池裝置去除水中重金屬的研究?jī)H僅集中在對(duì)砷的去除上，大范圍的研究尚未開(kāi)展。根據(jù)金屬-電池反應(yīng)機(jī)理可知，裝置中生成的金屬氫氧化物或者金屬氧化產(chǎn)物對(duì)其他重金屬應(yīng)當(dāng)也會(huì)有一定程度的吸附混凝和氧化作用，從而達(dá)到去除的效果。例如：使用鋁鹽可以去除水中的鉻；利用鐵鹽可以去除水中的汞和鎳等。后續(xù)研究則可以使用鋁-空氣電池來(lái)處理含鉻廢水，使用鐵-空氣電池處理含鎳和汞等重金屬的廢水。這些方法都具有理論上的可行性，裝置的設(shè)計(jì)、各種變量的控制和處理效果則需要進(jìn)行更深一步的研究和探索。

2.2 金屬‐空氣電池收集水中物質(zhì)的研究

水中的某些物質(zhì)可以通過(guò)投加藥劑產(chǎn)生沉淀或者通電等一系列手段來(lái)進(jìn)行收集，將其從水中分離，既能夠提升水質(zhì)，也可以達(dá)到某些物質(zhì)再利用的目的，符合經(jīng)濟(jì)環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的理念，少數(shù)研究者已經(jīng)嘗試通過(guò)構(gòu)建金屬-空氣電池，利用電池產(chǎn)物與水中物質(zhì)結(jié)合進(jìn)行收集，并且在某些物質(zhì)的收集上取得了一定的成果。

磷作為水中常見(jiàn)元素，如果含量超標(biāo)會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化等一系列問(wèn)題，通過(guò)投加鎂鹽藥劑可以與水中過(guò)多的磷元素結(jié)合生成鳥(niǎo)糞石(MgNH4PO4)，從而將其收集起來(lái)。Dae Hwan Lim等人[38]以鎂和空氣電極構(gòu)成鎂-空氣電池，將含磷廢水作為電池電解液，通過(guò)金屬-空氣電池裝置收集水中的磷元素。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水中磷濃度較低時(shí)，電解質(zhì)中不添加NaCl也能有著較高的收集效率，但當(dāng)磷濃度逐漸增加時(shí)，鎂電極表面會(huì)形成由鳥(niǎo)糞石組成的鈍化層，從而導(dǎo)致鎂的溶解速度降低，磷的收集速度下降。在電解液中添加NaCl之后，電池的產(chǎn)電性能和磷的收集效率均會(huì)隨著Na-Cl投加量的增加而改善，這是主要是因?yàn)镃l-破壞了鎂電極的表面鈍化層。但是當(dāng)水中磷濃度過(guò)高(超過(guò)0.05 mol/L時(shí)，以HPO-4計(jì))，鎂電極表面會(huì)產(chǎn)生鎂的氫氧化物的鈍化層，使得收集效率大幅度降低，通過(guò)投加Cl-也不再會(huì)改善其電極的表面狀況。所以在適當(dāng)?shù)牧诐舛认?，利用鎂-空氣電池收集鳥(niǎo)糞石是可行的。

水中還會(huì)存在各種藻類(lèi)，有些藻類(lèi)收集較為困難，需要添加藥劑并且消耗大量時(shí)間，Liu Qing等人[39]通過(guò)構(gòu)建鋁-空氣電池對(duì)水中的杜氏鹽藻進(jìn)行收集，將含有杜氏鹽藻的液體作為鋁-空氣電池電解液，利用金屬電極產(chǎn)生的絮體與藻類(lèi)結(jié)合形成沉淀，從而達(dá)到收集的目的。研究發(fā)現(xiàn)，含有藻類(lèi)的液體作為電解液進(jìn)入電池后，藻類(lèi)與電極產(chǎn)物結(jié)合后，其Zeta電位由負(fù)值變?yōu)檎担?dāng)增大電池的放電電流時(shí)，收集速度也相應(yīng)提高，在藻類(lèi)濃度為0.8 g/L及以下時(shí)，收集效率高達(dá)97%，是一種十分有效的方法。

綜合前人研究可知目前采用金屬-空氣電池裝置來(lái)收集水中物質(zhì)的研究較少，且僅限定于一種物質(zhì)或者單一藻類(lèi)取得了一定的效果，后續(xù)可以采用不同種類(lèi)的金屬-空氣電池對(duì)其他物質(zhì)的收集進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

2.3 金屬空氣電池對(duì)生產(chǎn)、生活廢水處理的研究

養(yǎng)殖廢水具有高COD、高色度和高氨氮的特點(diǎn)，直接排入水中會(huì)對(duì)水體造成嚴(yán)重污染，而養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)在我國(guó)廣泛分布于各個(gè)鄉(xiāng)村，多數(shù)鄉(xiāng)村的處理設(shè)施不夠完善，許多養(yǎng)殖廢水未經(jīng)處理就直接排入了水中，造成了當(dāng)?shù)厮w的污染。目前已經(jīng)有少數(shù)人采用金屬-空氣電池對(duì)養(yǎng)殖廢水的處理效果進(jìn)行了研究，取得了一些成果。趙佳怡[40]通過(guò)構(gòu)建鋁-空氣電池和鐵-空氣電池對(duì)養(yǎng)豬廢水進(jìn)行了處理。通過(guò)設(shè)置不同的電導(dǎo)率(通過(guò)投加不同濃度的NaCl來(lái)實(shí)現(xiàn))，不同的pH值和不同的電極組合條件來(lái)研究對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果和廢水處理裝置的產(chǎn)電性能。研究發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率越高，電池的產(chǎn)電性能越好，不同pH值對(duì)裝置放電也有影響，但是影響較小。在對(duì)常規(guī)影響因素進(jìn)行探究的同時(shí)，還創(chuàng)新的構(gòu)建了雙金屬電極的空氣電池，采用雙電極構(gòu)型的電池性能最好。隨后，利用實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)養(yǎng)豬廢水進(jìn)行了處理，采用了兩種方式，一種是常規(guī)的將廢水作為電解液加入實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行處理，另一種則是將裝置反應(yīng)后的溶液作為絮凝劑加入廢水中進(jìn)行處理。研究發(fā)現(xiàn)在將廢水作為電解液加入電池中時(shí)處理效果相較于將電池反應(yīng)產(chǎn)物加入廢水中可以取得更好的效果。但是對(duì)于養(yǎng)殖廢水中COD，氨氮等污染物質(zhì)的去除機(jī)理，基本沒(méi)有涉及，綜合前人研究，推測(cè)應(yīng)該為電池產(chǎn)生的鋁和鐵的絮體有吸附的作用，所以對(duì)養(yǎng)殖廢水有著一定的處理效果，具體原因仍需要進(jìn)一步研究。

采用金屬-空氣電池對(duì)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理，有著一定的處理效果的同時(shí)，還有裝置簡(jiǎn)單，啟動(dòng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村和水處理設(shè)施不完善的地方來(lái)說(shuō)十分適合，與此同時(shí)，隨著研究的深入，電池的產(chǎn)電性能也會(huì)得到改善，在處理了廢水的同時(shí)提供電能，作為偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電使用，是十分有前景的處理養(yǎng)殖廢水的方法。

根據(jù)其反應(yīng)機(jī)理推測(cè)，金屬-空氣電池除了可以處理養(yǎng)殖廢水這種生產(chǎn)廢水之外，應(yīng)當(dāng)還可以在其他的污、廢水的處理中使用。例如：偏遠(yuǎn)地區(qū)由于受到各種因素的限制，水處理設(shè)施不夠完善，許多生活污水也是未經(jīng)過(guò)處理就排放至附近水體中，對(duì)自然水體造成了嚴(yán)重的污染。而偏遠(yuǎn)地區(qū)的生活污水排放較為分散，集中收集處理較為困難的特點(diǎn)，金屬-空氣電池作為小型裝置啟動(dòng)方便且操作簡(jiǎn)便，將其作為生活污水的預(yù)處理裝置有著較高的可行性，通過(guò)金屬-空氣電池裝置的處理，可以降低生活污水的氨氮、COD和總磷等指標(biāo)；大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)廢水可生化性較差，有些工業(yè)廢水含鹽度較高，重金屬含量高且污染嚴(yán)重，而高鹽度的存在恰恰有利于金屬-空氣電池的放電，能夠產(chǎn)生更多的金屬陽(yáng)極產(chǎn)物，所以將金屬-空氣電池作為預(yù)處理單元有著較高的可行性，可以作為初步降低污染物濃度處理單元。目前利用金屬-空氣電池裝置對(duì)生產(chǎn)、生活廢水的處理只在養(yǎng)殖廢水上有了一些研究，對(duì)于其他性質(zhì)廢水處理的研究尚未開(kāi)展。針對(duì)不同的水質(zhì)，不同的污染物如何選擇合適的金屬電極，合適的電池結(jié)構(gòu)等還需要進(jìn)一步的探索和研究。

3 結(jié)論與展望

金屬-空氣電池在水處理領(lǐng)域是一種新興的水處理技術(shù)，目前在地下水除砷、收集水中的磷元素、收集水中的藻類(lèi)和處理養(yǎng)殖廢水等領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了初步研究，并且也取得了一定的效果。但是綜合前人的研究發(fā)現(xiàn)，金屬-空氣電池仍然存在一些問(wèn)題，例如在進(jìn)行處理過(guò)程中的產(chǎn)電性能總體不高，對(duì)需處理溶液要求較為苛刻和處理物質(zhì)較為單一等問(wèn)題。而且前人研究范圍較為局限，大多數(shù)人目前還都是重點(diǎn)關(guān)注處理效果和產(chǎn)電情況，對(duì)于電極產(chǎn)生的物質(zhì)形態(tài)分析較少，且對(duì)空氣陰極產(chǎn)物的研究也較少，僅有一人證明了不同材料的空氣陰極上會(huì)產(chǎn)生具有氧化性物質(zhì)(雙氧水和羥基自由基)的可能。其作為電池，可以產(chǎn)生電能，但是前人的研究中也未能對(duì)其產(chǎn)生的電能進(jìn)行利用。

后續(xù)可以在以下方向展開(kāi)深入研究：可以嘗試?yán)媒饘?空氣電池來(lái)對(duì)更多污染物進(jìn)行去除效果的測(cè)試；可以探究將金屬-空氣電池運(yùn)用于更多水處理工藝中的可能性；也可以利用產(chǎn)生的電能設(shè)計(jì)空氣電池-電解的耦合工藝，進(jìn)行多步處理從而組成處理效果的更好的工藝；還可以對(duì)空氣陰極中的催化劑組成成分等因素進(jìn)行優(yōu)化，使裝置產(chǎn)生更多具有氧化性的物質(zhì)進(jìn)入待處理溶液中，從而對(duì)某些還原性物質(zhì)有著更好的去除效果。

總而言之，金屬-空氣電池作為一種新興技術(shù)手段，有著裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)速度較快等優(yōu)點(diǎn)，不需要能量的輸入，在進(jìn)行水處理的同時(shí)還可以產(chǎn)生電能，符合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需求，是一種值得深入研究的綠色技術(shù)。