人工湿地型微生物燃料电池复合系统的微生物特性研究

发布时间：2017-10-16 17:31

  本文关键词：人工湿地型微生物燃料电池复合系统的微生物特性研究

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【摘要】：本研究以人工湿地型微生物燃料电池复合系统(CW-MFC)为研究载体,研究了CW-MFC产电性能的影响因素、同步偶氮染料脱色与产电特性、阳极微生物群落结构以及偶氮染料甲基橙(MO)在系统中的降解途径。在高径比相同、体积不同的大、中、小装置中,分别设置不同的电极间距,研究装置体积和电极间距对产电性能的影响,特别是对内阻(Rint)的影响。研究表明,随着体积的减小,装置输出电压降低,随着电极间距的增大,Rint和欧姆内阻(RΩ)逐渐升高。提高磷酸缓冲溶液(PB)浓度能显著降低Rint和Rn,缓冲溶液为50mM时,装置输出电压和最大功率密度(Pmax)最高。以陶粒为填料层填料的装置产电性能高于以玻璃珠填料装置。Rint随着填料粒径的增大而减小,粒径为1-2cm时Pmax最高。在不同共基质浓度和开／闭路条件下,研究发现共基质是脱色和产电必不可少的,电极效应能够促进CW-MFC对活性艳红X-3B和MO的脱色降解。下填料层能够去除部分有机物且对产电性能有促进作用。阳极微生物的16S rRNA序列大多与Proteobacteria相似。类似于产电菌Geobacter metallireducens和Desulfobulbaceae的序列在开、闭路条件下均有发现。系统中检测出多种类似于降解菌Desulfobacterium sp.、Klebsiella sp.、Aminobacter sp.、Flavobacterium sp.、Thauera aromatic和Sphingomonas sp的序列。在闭路条件下,G. sulfurreducens和Betaproteobacteria的密度分别比开路条件下高35.29%和5.88%。利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析得出MO在CW-MFC中的降解中间产物有：N,N二甲基对苯二胺(N, N-Dimethyl-p-phenylenediamin, DMPD),N-甲基-对苯二胺(N-methyl-p-Phenylenediamine)和1,4-二氨基苯(p-Phenylenediamine, PPD)。N-甲基-对苯二胺和PPD是DMPD的降解产物。电极效应能够促进DMPD降解。
【关键词】：人工湿地型微生物燃料电池 内阻 甲基橙 活性艳红X-3B 微生物群落结构
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;TM911.45
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 微生物燃料电池9-18
• 1.2.1 微生物燃料电池9-12
• 1.2.2 人工湿地型微生物燃料电池12-13
• 1.2.3 国内外研究进展13-18
• 1.3 研究目的、意义及内容18-20
• 1.3.1 研究目的和意义18
• 1.3.2 研究内容18-20
• 第二章 实验材料及分析测试方法20-28
• 2.1 实验装置20-22
• 2.1.1 实验装置构造20-21
• 2.1.2 进水条件21-22
• 2.2 偶氮染料22-23
• 2.2.1 活性艳红X-3B22
• 2.2.2 甲基橙22-23
• 2.3 实验仪器23
• 2.4 接种污泥23
• 2.5 测定项目及方法23-28
• 2.5.1 CW-MFC性能指标24-25
• 2.5.2 水质分析指标25
• 2.5.3 微生物研究方法25-27
• 2.5.4 中间产物分析方法27-28
• 第三章 CW-MFC系统产电性能的影响因素研究28-39
• 3.1 实验方法28
• 3.2 结果与讨论28-37
• 3.2.1 体积及电极间距对CW-MFC降解与产电性能的影响28-33
• 3.2.2 缓冲溶液对CW-MFC产电性能的影响33-35
• 3.2.3 填料对CW-MFC降解与产电性能的影响35-37
• 3.3 小结37-39
• 第四章 CW-MFC的同步偶氮染料脱色与产电特性39-45
• 4.1 实验方法39
• 4.1.1 X-3B实验组39
• 4.1.2 MO实验组39
• 4.2 结果与讨论39-44
• 4.2.1 CW-MFC对X-3B的同步脱色与产电性能39-41
• 4.2.2 CW-MFC对MO的同步脱色与产电性能41-44
• 4.3 小结44-45
• 第五章 CW-MFC中的微生物群落结构研究45-50
• 5.1 实验方法45
• 5.2 结果与讨论45-49
• 5.2.1 微生物群落结构相似性和多样性分析45-46
• 5.2.2 DNA测序和系统发育树46-48
• 5.2.3 产电菌分布研究48-49
• 5.3 小结49-50
• 第六章 CW-MFC中偶氮染料的降解途径研究50-59
• 6.1 实验方法50
• 6.2 结果与讨论50-58
• 6.2.1 脱色中间产物的紫外-可见连续扫描光谱分析50-52
• 6.2.2 气相色谱-质谱联用定性定量分析脱色中间产物52-55
• 6.2.3 中间产物定量和降解途径解析55-58
• 6.3 小结58-59
• 第七章 结论与展望59-61
• 7.1 研究结论59-60
• 7.2 研究展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-70
• 作者简介70

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本文编号：1043977