Shewanella oneidensis MR-1生物陰極對酸性橙7的還原脫色效果及機制研究.pdf

1、生物電化學系統(tǒng)(BESs)耦合生物催化過程和電化學氧化還原過程,具有效率高、成本低、對環(huán)境友好并且能夠產生有價值的化合物和還原轉化多種污染物等優(yōu)點,因此作為一種新型的生物技術被廣泛研究。目前一些純培養(yǎng)功能菌株在生物電化學系統(tǒng)陰極形成生物膜還原各種不同的電子受體是該領域的研究熱點之一。本課題研究嗜電極模式微生物Shewanella oneidensis MR-1還原降解偶氮染料類污染物酸性橙7(AO7)。研究主要集中在比較非生物陰極和菌株

2、MR-1生物陰極在雙極室電化學反應器中對AO7還原降解效能及其潛在電子來源與傳遞機制,為生物電化學系統(tǒng)生物陰極還原去除污染物提供理論指導。
　　陰極液中存在共基質乳酸鈉時,外加0.3v電壓,生物陰極降解AO7的速率高于非生物陰極及開路狀態(tài)下的生物陰極。生物陰極46h可以還原降解95.8±4.65％的AO7,而非生物陰極和開路生物陰極46h分別可將77.77±0.96%和72.96±5.87%的AO7降解,且生物陰極的產物對氨基苯磺

3、酸(SA)回收率高;生物陰極去除AO7的速率常數是非生物陰極和開路生物陰極的兩倍多,綜合得出乳酸鈉供給下生物陰極優(yōu)于非生物陰極及開路生物陰極。生物陰極還原降解AO7的電子供體主要是乳酸鈉,反應96h時83.34%的電子是由乳酸鈉氧化為乙酸提供的,電極提供剩余的AO7降解所需要的電子。有無共基質時菌株MR-1生物陰極AO7的去除效能幾乎相同,但無共基質時的產物SA回收率低于共基質存在時的SA回收率。
　　陰極液中無共基質乳酸鈉時,生

4、物陰極降解AO7的效率優(yōu)于非生物陰極,生物陰極46h時還原降解86.44±2.01%的AO7,非生物陰極在46h時可還原降解78.80±2.16%的AO7,且生物陰極產物的回收率明顯高于非生物陰極。生物陰極去除AO7的速率常數大于非生物陰極去除AO7的速率常數。控制無共基質生物陰極和非生物陰極在不能析氫的電勢下,生物陰極還原降解AO7的效率高于非生物陰極,說明菌株MR-1可以直接從電極捕獲電子還原轉化AO7。綜合得出菌株MR-1可以直接

5、從電極得到電子還原降解AO7,嗜電極產電模式微生物MR-1可以反轉陽極產電過程在陰極還原轉化偶氮染料類污染物。掃描電鏡和死活菌染色觀察結果表明菌株MR-1在陰極材料碳布上掛膜且有活性,進一步補充說明菌株MR-1可以從電極捕獲電子還原降解AO7。
　　循環(huán)伏安分析表明生物陰極產生的反應電流高于非生物陰極且生物陰極降低了偶氮鍵(-N=N-)兩步斷裂還原降解過程中所需的還原電勢;交流阻抗分析表明非生物陰極反應器陰極內阻是生物陰極反應器陰