氮掺杂碳与聚苯胺协同促进废水厌氧生物产甲烷研究

发布时间：2023-03-26 13:24

　　强化废水厌氧生物体系中直接种间电子传递(DIET)能力是提高有机废水厌氧生物产甲烷性能的有效途径。为了提高废水厌氧生物处理过程中产甲烷效率,本文采用具有良好表面缺陷的氮掺杂碳材料和具有P型共轭结构的导电聚苯胺(Polyaniline,PANI)作为厌氧生物体系的导电介质,进一步富集厌氧体系中具有DIET能力的微生物,同时提高废水厌氧生物处理体系中微生物胞外电子在导电材料界面的转移效率。首先,以富氮的PANI为前驱体制备了氮掺杂碳材料。然后,考察了碳化温度对材料比表面积、缺陷程度以及氮掺杂量及类型的影响。随着碳化温度的升高,材料比表面积、缺陷程度和氮掺杂量均呈现下降趋势。其中,碳化温度为600℃时制备的氮掺杂碳材料比表面积和缺陷程度较高,吡啶氮、吡咯氮和石墨氮分布均匀,均为30%左右,具有较好电子转移能力和生物亲和性。将这些氮掺杂碳材料作为导电介质投加至废水厌氧生物处理体系中来强化厌氧产甲烷性能。结果表明,当碳化温度为600℃时制备得到的氮掺杂碳材料促进厌氧生物产甲烷性能最好,甲烷产量和产甲烷速率较空白组分别提高20%和17%。优化得到氮掺杂碳材料较适宜的投加量为0.6 g/L,产甲烷速...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 有机废水厌氧生物产甲烷技术研究现状
        1.2.1 厌氧生物产甲烷过程
        1.2.2 厌氧生物产甲烷中的互营关系及种间电子传递
    1.3 胞外电子在导电材料界面的转移
        1.3.1 膜外蛋白
        1.3.2 纳米导线
        1.3.3 电子媒介
    1.4 促进厌氧生物产甲烷的导电聚合物
        1.4.1 聚吡咯
        1.4.2 聚苯胺
    1.5 促进厌氧生物产甲烷的导电碳材料
    1.6 氮掺杂碳材料研究现状
        1.6.1 杂原子掺杂碳材料
        1.6.2 杂原子掺杂
        1.6.3 杂原子掺杂类型及掺杂位置
        1.6.4 杂原子掺杂碳材料制备方法
    1.7 富氮碳材料g-C₃N₄研究现状
    1.8 本研究的目的、研究内容与技术路线
        1.8.1 研究目的及意义
        1.8.2 研究内容
        1.8.3 技术路线
2 实验材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 卖验试剂
        2.1.2 实验使用废水
        2.1.3 实验仪器
        2.1.4 氮掺杂碳材料的制备方法
    2.2 实验与测试方法
        2.2.1 厌氧生物产甲烷实验方法
        2.2.2 水质和气体测试方法
        2.2.3 酶活性测定方法
        2.2.4 微生物群落结构测定方法
        2.2.5 材料表征方法
3 氮掺杂碳材料促进厌氧生物产甲烷性能及机制研究
    3.1 引言
    3.2 氮掺杂碳材料的表征
        3.2.1 氮掺杂碳材料形貌特征
        3.2.2 氮掺杂碳材料孔隙结构特征
        3.2.3 氮掺杂碳材料表面缺陷特征
        3.2.4 氮掺杂碳材料中N形态特征
        3.2.5 氮掺杂碳材料的生物亲和性
    3.3 氮掺杂碳材料促进厌氧生物产甲烷性能研究
        3.3.1 碳化温度对材料促进厌氧生物产甲烷性能的影响
        3.3.2 氮掺杂碳材料投加量对厌氧生物产甲烷性能的影响
        3.3.3 有机负荷对厌氧生物产甲烷性能的影响
    3.4 氮掺杂碳材料促进厌氧生物产甲烷机制解析
        3.4.1 氮掺杂碳材料对酶活性的影响
        3.4.2 氮掺杂碳材料对中间产物的影响
        3.4.3 氮掺杂碳材料对微生物群落结构的影响
    3.5 本章小节
4 氮掺杂碳与PANI协同促进厌氧生物产甲烷性能及机制研究
    4.1 引言
    4.2 氮掺杂碳/PANI材料表征
        4.2.1 氮掺杂碳/PANI材料形貌特征
        4.2.2 氮掺杂碳/PANI表面缺陷特征
        4.2.3 氮掺杂碳/PANI中N形态特征
        4.2.4 氮掺杂碳/PANI复合材料的导电性
        4.2.5 氮掺杂碳/PANI复合材料的生物亲和性
    4.3 氮掺杂碳/PANI促进厌氧生物产甲烷性能研究
        4.3.1 氮掺杂碳/PANI对厌氧生物产甲烷性能的影响
        4.3.2 氮掺杂碳负载比例对促进厌氧生物产甲烷性能的影响
    4.4 氮掺杂碳/PANI促进厌氧生物产甲烷机制解析
        4.4.1 氮掺杂碳/PANI对酶活性的影响
        4.4.2 氮掺杂碳/PANI对代谢中间产物的影响
        4.4.3 氮掺杂碳/PANI对微生物群落结构的影响
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
个人简介
导师简介
致谢



本文编号：3771046