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文檔簡介
1、生物電化學(xué)系統(tǒng)(BESs)耦合生物催化過程和電化學(xué)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(chǎn)生有價(jià)值的化合物和還原轉(zhuǎn)化多種污染物等優(yōu)點(diǎn),因此作為一種新型的生物技術(shù)被廣泛研究。目前一些純培養(yǎng)功能菌株在生物電化學(xué)系統(tǒng)陰極形成生物膜還原各種不同的電子受體是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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(xué)反應(yīng)器中對AO7還原降解效能及其潛在電子來源與傳遞機(jī)制,為生物電化學(xué)系統(tǒng)生物陰極還原去除污染物提供理論指導(dǎo)。
陰極液中存在共基質(zhì)乳酸鈉時(shí),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(chǎn)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(shù)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(yīng)96h時(shí)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(zhì)時(shí)菌株MR-1生物陰極AO7的去除效能幾乎相同,但無共基質(zhì)時(shí)的產(chǎn)物SA回收率低于共基質(zhì)存在時(shí)的SA回收率。
陰極液中無共基質(zhì)乳酸鈉時(shí),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(shí)還原降解86.44±2.01%的AO7,非生物陰極在46h時(shí)可還原降解78.80±2.16%的AO7,且生物陰極產(chǎn)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(shù)大于非生物陰極去除AO7的速率常數(shù)??刂茻o共基質(zhì)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(zhuǎn)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(chǎn)電模式微生物MR-1可以反轉(zhuǎn)陽極產(chǎn)電過程在陰極還原轉(zhuǎn)化偶氮染料類污染物。掃描電鏡和死活菌染色觀察結(jié)果表明菌株MR-1在陰極材料碳布上掛膜且有活性,進(jìn)一步補(bǔ)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(chǎn)生的反應(yīng)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(yīng)器陰極內(nèi)阻是生物陰極反應(yīng)器陰
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