电化学活性生物膜多功能特性研究：产电、脱氮、脱氯

发布时间：2021-02-01 22:05

　　生物电化学系统（Bioelectrochemical System,BES）是一种利用微生物与电极之间的电荷传递来催化电化学反应发生的装置。通过微生物与电极之间的电荷传递过程可将BES分为微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）、微生物电解池（Microbial Electrolysis Cell,MEC）。在BES中生物膜电极起着至关重要的作用,其既可应用于MFC阳极产电,也可应用于MEC去除污染物。生物膜电极微生物群落结构多样性决定了其功能多样性,本研究将从生物膜电极多功能特性角度出发,探讨在MFC及MEC中生物膜电极产电及降解不同目标污染物的可行性。选用氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）修饰的石墨刷（Graphite Brush,GB）作为阳极构建MFC,以乙酸钠作为电子供体驯化培养电化学活性生物膜,并用该驯化成熟的生物膜电极用于MFC阳极降解米粉废水产电。结果显示:米粉废水的初始化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）浓度为1200 mg·L^-1,MFC的最大功率密度可达1273.89 mW ... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 水中常见的污染物及其治理
        1.1.1 COD的污染及其治理
        1.1.2 硝氮的污染及其治理
        1.1.3 氯酚的污染及其治理
    1.2 生物电化学系统的原理及其应用
        1.2.1 MFC的原理及其应用
        1.2.2 MEC的原理及其应用
        1.2.3 电子传递方式
    1.3 BES应用于水中常见的污染物
        1.3.1 MFC应用于水中COD的去除
        1.3.2 MEC应用于水中硝氮和氯酚的去除
    1.4 BES系统中的电极材料修饰
    1.5 BES系统中的电化学活性生物膜
        1.5.1 MFC系统中的电化学活性生物膜
        1.5.2 MEC系统中的电化学活性生物膜
        1.5.3 BES系统中的多功能活性生物膜
    1.6 Geobacter菌属在BES中的应用
        1.6.1 Geobacter菌属应用于MFC产电
        1.6.2 Geobacter菌属应用于MEC阴极降解
    1.7 本课题的研究意义与内容
        1.7.1 本课题的研究意义
        1.7.2 本课题的研究内容
第二章 实验材料与方法
    2.1 实验仪器和试剂制备
        2.1.1 实验仪器
        2.1.2 实验药品及试剂
    2.2 电极制备
        2.2.1 GO合成方法-ImprovedHummers
        2.2.2 GO复合电极的制备方法
    2.3 电化学活性生物膜的培养及应用
        2.3.1 电化学活性生物膜的富集培养
        2.3.2 电化学活性生物膜用于米粉废水产电
        2.3.3 电化学活性生物膜用于脱氮、脱氯
    2.4 实验分析测试方法
        2.4.1 COD快速消解分光光度法测定
        2.4.2 功率密度与极化曲线
        2.4.3 不同污染物降解效率的计算
        2.4.4 电化学活性生物膜形貌分析
        2.4.5 电化学活性生物膜官能团分析
        2.4.6 电化学活性生物膜电化学分析
        2.4.7 电化学生物膜生物学分析
第三章 MFC用于米粉废水产电及富含Geobacter菌属电化学活性生物膜鉴定
    3.1 材料与方法
        3.1.1 实验用水
        3.1.2 MFC装置的启动与运行
        3.1.3 实验方法
    3.2 实际米粉废水产电及能量回收
        3.2.1 MFC产电
        3.2.2 功率密度和极化曲线
        3.2.3 能量回收与库伦效率
    3.3 MFC阳极理化特性表征
        3.3.1 阳极表面形貌
        3.3.2 阳极理化表征
        3.3.3 阳极电化学活性生物膜的电化学表征
    3.4 微生物群落结构鉴定
    3.5 本章小结
第四章 电化学活性生物膜电极反转用于MEC脱氮、脱氯及菌群结构的鉴定
    4.1 材料与方法
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 MEC脱氮阴极电流
        4.2.2 MEC生物阴极反硝化脱氮
        4.2.3 MFC阳极转换为MEC生物阴极应用于脱氯
        4.2.4 MFC阳极转换为MEC生物阴极应用于脱氯
        4.2.5 MFC阳极转换为MEC生物阴极分步脱氮、脱氯
        4.2.6 降解过程中电极FTIR变化
        4.2.7 不同目标污染物降解过程中电极Raman变化
        4.2.8 不同目标污染物降解过程中电极CV变化
        4.2.9 电极微生物的分子生物学分析
        4.2.10 电子传递机理的推测
    4.3 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
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[2]石墨烯氧化物气凝胶修饰金属阳极促进微生物燃料电池的产电性能[J]. 杨晓双,王凯,冯春华,韦朝海.  环境工程学报. 2017(04)
[3]微生物燃料电池阳极材料的最新研究进展[J]. 陈妹琼,程发良,郭文显,张敏,柳鹏.  电源技术. 2015(04)
[4]微生物燃料电池耦合连续搅拌反应系统（CSTR）低温下处理“糖蜜-电镀”废水[J]. 谢静怡,李永峰,孙彩玉,秦必达.  环境化学. 2015(04)
[5]2001—2012年全国水环境质量趋势分析[J]. 刘允,孙宗光.  环境化学. 2014(02)
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[8]中国废水排放氨氮控制标准评述[J]. 陈艳卿.  环境科学与管理. 2011(03)
[9]中国水污染现状及防治对策[J]. 江曙光.  现代农业科技. 2010(07)
[10]A/O/O生物流化床处理焦化废水中酚类组成及降解特性分析[J]. 张伟,韦朝海,彭平安,任曼.  环境工程学报. 2010(02)

博士论文
[1]双室微生物燃料电池脱氮特性及微生物学机理研究[D]. 赵慧敏.长安大学 2016
[2]微生物燃料电池同步脱氮产电性能及机理研究[D]. 张吉强.浙江大学 2014



本文编号：3013520