微生物燃料电池同步降解偶氮染料和产电的特性与机理

发布时间：2021-01-07 13:00

　　可更新能源的开发与废水处理是当今世界可续发展的两大命题。微生物燃料电池（Microbial fuel cell，MFc）能从广泛的有机物及有机废水中获取电能，同时完成废水处理，迅速成为新概念废水处理热点。偶氮染料占几工合成染料总量的80％以上，偶氮染料废水的排放不仅影响环境的美观，而且污染水体，毒害水生生物，同时对几类健康造成潜在威胁。偶氮染料废水浓度高、可生化性差，是公认的难处理有机废水。传统的物化法虽然具有较好的处理效果，然而，昂贵的费用、高的能耗与苛刻的反应条件限制了其实际应用。生物法以其廉价、高效与环境友好等众多优势得到普遍应用。生物法处理偶氮染料废水一般是先厌氧生物还原劈裂偶氮键对偶氮染料脱色，然后好氧生物降解偶氮染料脱色产物芳香胺。理论上，MFc阳极产电菌在厌氧条件下降解有机物从中获取电子并将其传递给阳电极同时产电，MFc阴极以氧气作为电子受体，是故MFc理论上能满足偶氮染料废水生物处理所需要的基本条件。而且，最近开发的生物阴极由于其对最终电子受体选择的多样性，使得开发深度降解废水中的多种污染物（有机或无机）的MFc阴极技术成为可能。由此可以认为，MFc在理论上可实现同步处... 

【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】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 MFC 研究进展
        1.2.1 独特的产能方式—MFC 技术原理与分类
        1.2.2 MFC 技术研究进展
        1.2.3 MFC 技术在废水处理中的研究进展
            1.2.3.1 MFC 废水处理研究概况
            1.2.3.2 MFC 废水处理过程的关键因素与调控
            1.2.3.3 MFC 处理特征有机污染物与有机废水的特性与机理
        1.2.4 MFC 废水处理研究存在的问题及发展方向
    1.3 偶氮染料废水生物处理的研究进展
        1.3.1 偶氮染料的厌氧共代谢生物脱色
        1.3.2 偶氮染料厌氧脱色产物—芳香胺的好氧降解
    1.4 课题构思也创新点
    1.5 研究目的与主要研究内容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 主要研究内容
第二章 空气阴极单室型MEC的构建和同步处理有机废水与产电性能
    2.1 材料与方法
        2.1.1 阳极接种与生长媒介
            2.1.1.1 阳极接种
            2.1.1.2 阳极生长媒介
        2.1.2 MFC的结构
        2.1.3 MFC的启动与运行
        2.1.4 指标分忻与计算
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 MFM对十空气阴极MFc处理有机废水与产电性能的影响与调控
        2.2.2 接种污泥对空气阴极MFc处理有机废水与产电性能的影响与调控
            2.2.2.1 接种污泥对空气阴极MFc处理有机废水与产电性能的影响
            2.2.2.2 阳极极生物膜电化学定性
            2.2.2.3 阳极生物膜形态
        2.2.3 空气阴极MFc处理实际有机废水试验与系统优化
    2.3 本章小结
第三章 空气阴极MFC同步脱色偶氮染料与产电特性
    3.1 材料与方法
        3.1.1 染料
        3.1.2 实验设计
        3.1.3 指标测定与计算
            3.1.3.1 ABRX3脱色率测定
            3.1.3.2 电压的测定与记录
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 MFM空气阴极MFC对ABRX3的脱色性能
        3.2.2 MFM空气阴极MFC 对ABRX3脱色机理初步分析
        3.2.3 ABRX3脱色产物的自氧化
        3.2.4 MFC—空气阴极MFC Xgj ABRX3的重复脱色特性
        3.2.5 MFM—空气阴极MFC 同步ABRx3脱色与电压的产生
        3.2.6 以ABRX3为单一基质的MFM空气阴极MFC产电特性
    3.3 本章小结
第四章 运行条件与参数对空气阴极MFC同步脱色偶氮染料与产电的影响与调控
    4.1 材料与方法
        4.1.1 偶氮染料与MFC构型
        4.1.2 实验方法
        4.1.3 指标测试与计算
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 染料浓度对MFc同步脱色ABRX3与产电的影响与调控
            4.2.1.1 染料浓度对ABRX3脱色的影响与调控
            4.2.1.2 染料浓度Xgj MFC产电的影响与调控
        4.2.2 共基质对MFc同步脱色ABRX3与产电的影响与调控
        4.2.3 外接电阻对MFc脱色ABRX3的影响与调控
        4.2.4 悬浮污泥对MFc同步脱色ABRX3 产电的影响与调控
        4.2.5 MFc处理偶氮染料废水的一般性规律
    4.3 本章小结
第五章 MFC阳极同步脱色偶氮染料与产电机理
    5.1 材料与方法
        5.1.1 偶氮染料与MFC构型
        5.1.2 实验方法
        5.1.3 指标测试与计算
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 刚果红脱色过程中的产电特性
        5.2.2 MFC阳极对刚果红的降解产物分析
        5.2.3 同步刚果红脱色与产电过程中阳极与阴极阻抗变化规律
日极的cv定性">        5.2.4 刚果红脱色过程中MFC[^日极的cv定性
        5.2.5 阳极极生物膜形态
        5.2.6 MFC同步脱色偶氮染料与产电机制
    5.3 本章小结
极微生物多样性分析">第六章 同步脱色刚果红与产电的MFC[1l^极微生物多样性分析
    6.1 材料与方法
        6.1.1 偶氮染料与MFC构型
        6.1.2 实验方法
        6.1.3 阳极生物膜细菌多样性分忻
            6.1.3.1 阳极生物膜细菌DNA提取
            6.1.3.2 16S rRNA引物与聚合酶链反应（PCR）扩增
            6.1.3.3 DGGE
            6.1.3.4 DGGE条带的回收和测序
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 DGGE条带分忻
        6.2.2 菌种多样性分忻
    6.3 本章小结
第七章 好氧生物阴极MFC进一步降解ABRx3脱色液和同步产电特性与机理
    7.1 材料与方法
        7.1.1 偶氮染料
        7.1.2 好氧生物阴极MFC的构成
        7.1.3 接种与生长媒介
        7.1.4 MFC的运行
        7.1.5 指标分忻与计算
    7.2 结果与讨论
        7.2.1 好氧生物阴极MFC启动与运行
        7.2.2 好氧生物阴极对DL的降解
        7.2.3 DL添加对MFc产电性能的影响
        7.2.4 DL的电化学定性
        7.2.5 DL增强阴极电子传递机理
        7.2.6 阳极与好氧生物阴极表面生物膜形态
        7.2.7 MFC性能优化
    7.3 本章小结
结论与展望
    1 结论
    2 展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]以玉米秸秆为底物的纤维素降解菌与产电菌联合产电的可行性[J]. 冯玉杰,王鑫,王赫名,于艳玲,李冬梅.  环境科学学报. 2009(11)
[2]克雷伯氏菌燃料电池的电子穿梭机制研究[J]. 邓丽芳,李芳柏,周顺桂,黄德银,倪晋仁.  科学通报. 2009(19)
[3]污水微生物燃料电池的细菌催化剂驯化[J]. 王凯鹏,郝文钰,陈胜利.  化工学报. 2008(S1)
[4]不同废水基质条件下微生物燃料电池中细菌群落解析[J]. 孙寓姣,左剑恶,崔龙涛,党岩.  中国环境科学. 2008(12)
[5]利用无膜微生物燃料电池废水处理并回收电能(英文)[J]. 杜竹玮,李清海,佟萌,李少华,李浩然.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2008(05)
[6]复合菌体及单一菌体催化的微生物燃料电池产电机理初步研究[J]. 双陈冬,张恩仁,刁国旺,范芳芳,袁杰.  电化学. 2008(03)
[7]Studies on treatment of chlorophenol-containing wastewater by microbial fuel cell[J]. GU HeYan, ZHANG XingWang, LI ZhongJian & LEI LeCheng Institute of Environmental Pollution Control Technologies, Xixi Campus, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China.  Chinese Science Bulletin. 2007(24)
[8]“三合一”微生物燃料电池的产电特性研究[J]. 曹效鑫,梁鹏,黄霞.  环境科学学报. 2006(08)
[9]Geobacter metallireducens异化还原铁氧化物三种方式[J]. 冯雅丽,周良,祝学远,连静,李少华.  北京科技大学学报. 2006(06)
[10]利用异化金属还原菌构建含糖微生物燃料电池[J]. 刘志丹,连静,杜竹玮,李浩然.  生物工程学报. 2006(01)



本文编号：2962605