重金属二价镉离子(Cd(Ⅱ))广泛存在于电镀和制造电池过程中产生的废水中,几十年来已被公认为对生物具有毒性和致癌性。与传统的化学沉淀、离子交换或吸附等Cd(Ⅱ)去除技术相比,微生物电解池(MECs)已被证明是一种更环保、更经济的技术,可以在消耗有机废水中基质的同时从镉污染废水中回收Cd(Ⅱ)。电极材料的选用对MECs系统有着重要的影响,然而传统评价电极性能的方法(如线性伏安扫描法、电化学阻抗谱等)往往具有测试生物电极误差大,无法获取电极电阻在系统内占比等缺点。为了克服传统电极评价方法的局限性,本研究在MECs系统尝试提出一种新型的电极性能评价方法-电极电势斜率法,并通过此方法定量评价不同阴极材料对Cd(Ⅱ)还原MECs系统性能的影响。主要分为以下两方面:(1)从极化曲线入手,充分利用全池与电极的极化曲线的线性化部分,以其斜率作为电阻,y轴截距作为实验开路电势,推导出电极电势斜率法。通过构建单室无膜MECs系统验证电极电势斜率法的准确性,结果表明,MECs中各组件电阻和与全池内阻间的误差在4%以内,且在实验开路电势上,阴极与阳极的差值与全池间的误差小于5%。电极电势斜率法提供了一种新的电极性能评价思路,通过对不同类型MECs全池和各组件(阳极、阴极或溶液)的电阻及实验开路电势进行直接的量化,在评价电极自身电化学性能的同时,获取该电极对系统整体的占比影响。(2)在Cd(Ⅱ)还原MECs系统中分别使用不锈钢网(SSM)、泡沫镍(NF)和碳布(CC)三种材料作为阴极。通过使用电极电位斜率法,三种阴极材料的实验开路电位非常接近,分别为-533±3 m V(SSM)、-517±5 m V(NF)、-518±13 m V(CC),而SSM阴极具有最小的电阻(6±1 mΩm~2),其后为NF阴极(18±2 mΩm~2)和CC阴极(32±5 mΩm~2)。通过分析这些数值,成功预测在后续的实验操作(i>1.34 A/m~2)中,SSM阴极MEC具有更高的电流密度和更正的阴极电势。与阴极电势相比,电化学性能更容易受到电流密度的限制。这与SSM阴极MEC在Cd(Ⅱ)去除率、阴极库仑效率、Cd产品比收率、系统效率和能源回收率等系统性能指标上相比NF与CC阴极有更佳的效能保持一致。