MFCs處理環(huán)境廢棄物及偶氮染料污染的基礎(chǔ)研究.pdf

1、微生物燃料電池（microbial fuel cells，MFCs）是利用微生物的新陳代謝作用直接將有機(jī)底物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)底物的氧化分解同時(shí)產(chǎn)電的過(guò)程。MFCs不但是一種潔凈的可再生的新能源，也是一種能夠用于處理環(huán)境廢棄物及污染物的新型裝置。目前利用MFCs處理環(huán)境廢棄物及污染物的研究尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，主要集中在如何提高M(jìn)FCs的底物利用效率和產(chǎn)電的效率及減小影響MFCs性能因素。本研究采用雙室微生物燃料電池的反應(yīng)

2、器形式，利用Ochrobactrum sp.575或Shewanellaputrefaciens作為MFCs的陽(yáng)極催化劑，50mM的鐵氰化鉀作為電子最終受體，碳刷作為陽(yáng)極和陰極，對(duì)MFCs分別利用廢棄物木糖、偶氮染料橙黃Ⅰ以及鄰氨基苯酚產(chǎn)電的可行性進(jìn)行了研究，并對(duì)底物的利用率和影響MFCs產(chǎn)電效率的因素進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴構(gòu)建的純菌MFCs能夠很好的實(shí)現(xiàn)木糖的有效降解、橙黃Ⅰ的脫色和鄰氨基苯酚的氧化同時(shí)對(duì)外輸出

3、電能，并且搭建的單菌MFCs能夠長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)分解底物并對(duì)外輸出電能，這為同類型有機(jī)物的高效低能耗處理提供了研究思路，并為微生物燃料電池技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了科學(xué)的依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。⑵以新的菌種Ochrobactrum sp.575作為木糖MFCs的陽(yáng)極催化劑。首先Ochrobactrum sp.575在MFCs的電場(chǎng)作用下進(jìn)行了馴化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)馴化陽(yáng)極微生物Ochrobactrum sp.575能夠有效地提高M(jìn)FCs陽(yáng)極微生物的催化效率，從

4、而能顯著地提高M(jìn)FCs的輸出電流密度。經(jīng)過(guò)三次馴化的Ochrobactrum sp.575作為催化劑時(shí)，MFCs中木糖的最終利用率達(dá)到了97.16％（木糖初始濃度為100mg/L），同時(shí)MFCs的最大輸出電流密度達(dá)到3071.8mA/m3，最大輸出功率密度達(dá)到了2625mW/m3，這要比同類型以木糖為基質(zhì)的MFCs的輸出功率都要高，這為木糖的高效利用提供了新的思路。木糖在MFCs中被微生物代謝后，產(chǎn)物中有延胡索酸的生成，而在正常有氧培養(yǎng)

5、細(xì)菌時(shí)卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)延胡索酸的存在，這說(shuō)明Ochrobactrum sp.575在MFCs中作為催化劑時(shí)，其代謝呼吸鏈主要為琥珀酸氧化呼吸鏈，這與傳統(tǒng)的NADH氧化呼吸鏈為代謝呼吸鏈的電化學(xué)活性菌有很大的不同。⑶以Shewanella putrefaciens為MFCs陽(yáng)極催化劑，研究利用MFCs脫色橙黃Ⅰ同時(shí)產(chǎn)電，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然橙黃Ⅰ對(duì)Shewanella putrefaciens的生長(zhǎng)過(guò)程中造成一定的影響，但在微生物適應(yīng)之后還是在MFC

6、s中表現(xiàn)出了較好的脫色橙黃Ⅰ和對(duì)外產(chǎn)電的能力。在橙黃Ⅰ初始濃度為100mg/L時(shí)，MFCs的最大輸出功率達(dá)到了4070.6mW/m3，對(duì)應(yīng)的電流密度為10.86A/m3，MFCs內(nèi)阻約為300Ω，在MFCs的一個(gè)周期內(nèi)，橙黃Ⅰ的脫色率達(dá)到了95％，并且橙黃Ⅰ的最終濃度降低到6.91mg/L。⑷以Shewanella putrefaciens為MFCs陽(yáng)極催化劑時(shí)，對(duì)有機(jī)污染物鄰氨基苯酚降解發(fā)現(xiàn)，雖然鄰氨基苯酚的降解效率不是很高，仍有46