1株产电假单胞菌(Pseudomonas sp.)RE7的分离及特性研究

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极微生物的种类和作用机制对MFC的产电性能有着重要的影响.从已稳定运行1a的MFC的阳极室分离得到1株电化学活性革兰氏阴性细菌——菌株RE7,其16SrRNA基因序列与Pseudomonas aeruginosastrain CMG587有99%同源性,属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.).利用菌株RE7构建的MFC的稳定产电和循环伏安曲线测定结果都表明,菌株RE7具有较强的电化学活性,利用菌株RE7构建的MFC的最大输出电压为352mV,相应的最大面积功率密度为69.2mW/m2,体积最大功率密度为6.2W/m3.由不同稀释比例的MFC排出液的产电效果比较可知,菌株RE7极有可能是通过自身分泌的氧化还原类物质进行电子传递.     

环境因素对接种Shewanella baltica的微生物燃料电池产电能力的影响

通过筛选获得1株Shewanella baltica,分别改变阳极基质种类、浓度、pH和温度,考察不同条件下接种该菌后MFC产电特性.乳酸钠作为基质时接种该菌的MFC产电功率密度最大,MFC产电功率密度和基质浓度满足Monod模型.阳极溶液pH和温度对接种该菌的MFC产电功率密度影响最大.阳极溶液pH为8时接种该菌的MFC产电功率密度最大可达1 236 mW/m²,最大功率密度上升主要是阳极内阻和阳极电势影响所致.接种该菌的MFC最大产电功率密度在50℃达到1 197 mW/m²,最大功率密度随温度变化的主要原因是温度对阳极内阻的影响,20～50℃时MFC电流密度与温度满足Arrhenius方程.     

甲烷生物燃料电池的产电影响因素及机制研究

考察了阳极电极材料、电极面积、电极电位、pH、阴极电子受体对甲烷生物燃料电池（MFC）产电性能的影响,并通过高通量测序、循环伏安法（CV）分析了其可能的电催化机制.结果表明,透气布/碳布（GTC）复合材料为阳极时产电性能（1251.3 mA·m^-2）最佳,分别是石墨烯/中空纤维膜（G-HFM）阳极（34.8 mA·m^-2）和碳布（CC）阳极（3.21 mA·m^-2）的36倍和390倍;阳极面积越大,MFC启动时间越快,电流密度越大;当电极恒电位为0.1 V （vs.SHE）时,其产电能力较-0.1、+0.3及+0.5 V时高;pH=7最有利于产电;溶解氧为MFC阴极电子受体时,最大功2率密度（703.9 mW·m^-2）优于铁氰化钾（457.2 mW·m^-2）、空气阴极（124.2 mW·m^-2）和高锰酸钾（20.7 mW·m^-2）作为电子受体的MFC.阳极室微生物群落结构分析显示,电活性细菌Geobacter（17.14%）和Desulfovibrio（8.51%）为优势种,其产电机理可能是甲烷氧化菌（Methanobacterium、Methylomicrobium等）与电活性细菌协同氧化甲烷驱动MFC产电.添加NO气体、N-乙酰蛋氨酸和蛋白酶K均可明显抑制阳极生物膜的电化学活性,表明其胞外电子传递过程依赖细胞色素c、Ni-Fe氢酶及与电极接触的外膜蛋白的介导作用.     

2种不同结构的微生物燃料电池的产电性能比较

微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）目前仍面临着产能低和成本高的问题,因此系统比较同样条件下不同结构MFC的产电性能对于最终提高其产电效率具有重要意义.通过构建2种不同结构的MFC反应器：单室型MFC和双室型MFC,以乙酸为燃料,固定外电阻为1 000 Ω,对其产电性能进行了比较研究.结果表明,单室型MFC和双室型MFC均可稳定地输出电能,平均最大输出电压分别为600 mV和650 mV,平均运行周期分别为110 h和90 h;单室型MFC和双室型MFC的最大面积功率密度分别为113.8 mW/m²和382.4 mW/m²,最大体积功率密度分别为1.3 mW/m³和2.2 mW/m³;根据稳态放电法确定双室型MFC的内阻为188 Ω,单室型MFC的内阻为348 Ω,双室型MFC的产电性能及运行稳定性均优于单室型MFC.阳极的面积和质子通道的大小都会对MFC的库仑效率产生影响.     

温度对啤酒废水微生物燃料电池产电性能的影响

以啤酒废水为底物,采用空气阴极微生物燃料电池,加入50 mmol/L磷酸盐（PBS）作为缓冲溶液,考察了20℃和30℃下,MFC产电性能及生物相变化.当环境温度从30℃降低到20℃时,MFC最大输出功率从483 mW/m²降低到435 mW/m²,库伦效率和COD去除率变化不大.温度对阴阳两极的电位均有影响,且对阴极的影响大于对阳极的影响.以莫诺德方程对实验数据进行拟合,得到半饱和速率常数k_s分别为228 mg/Ｌ（30℃）和293 mg/Ｌ（20℃）.变性梯度凝胶电泳（DGGE）图谱表明,温度变化不仅影响了阳极的优势菌群,而且对阴极微生物种类具有很大的影响.     

双筒型微生物燃料电池产电及污水净化特性的研究

构建了双筒型微生物燃料电池并考察了产电和污水净化特性,在此基础上考察不同阳极填料对微生物燃料电池产电的影响.通过稳态放电法和电流中断法测量得到微生物燃料电池的内阻,以颗粒石墨作为阳极填料的双筒型微生物燃料电池内阻为38.9 Ω,阳极内阻、欧姆内阻和阴极内阻分别为5.1、 14.1和18.7 Ω,最大产电功率密度为6 253　mW/m³,双筒型微生物燃料电池的构型能有效提高单位体积质子膜面积.双筒型微生物燃料电池对COD的去除负荷为1.6 kg/(m³·d),库仑效率约为10%～12%.阳极填料为大颗粒石墨、小颗粒石墨、碳毡和穿孔型碳毡的双筒型微生物燃料电池的内阻分别为47、 39、 28和33 Ω,稳定运行周期分别为20、 18、 11和18 d.从兼顾产电和稳定运行角度出发,穿孔型碳毡和小颗粒石墨更适合用作MFC阳极填料.     

电催化-生物电化学耦合系统处理青霉素废水的机制

抗生素生产过程中产生大量含有残存抗生素的生产废水,传统的污水生物处理技术难以有效地处理此类高浓度抗生素废水.针对此问题,采用电催化-生物电化学耦合系统来处理含有典型的β-内酰胺类抗生素青霉素的废水,利用硼掺杂金刚石（boron-doped diamond,BDD）电催化电极对青霉素废水进行预处理,其出水进入生物电化学系统（bioelectrochemical system,BES）进行后处理.研究发现,经电催化系统预处理后青霉素的去除率为89%,出水进入BES后可以稳定运行,该出水中又有79%的青霉素被BES去除,获得最大功率密度为（1124±28）mW·m^-2,与直接进青霉素原始废水的BES反应器相比提高了473%.经过电催化-生物电化学两级耦合系统处理后青霉素的总去除率达到98%.对BES反应器阳极生物量和生物相分析结果表明,青霉素对阳极混合菌群生物量和变形菌门微生物（主要产电菌）有一定的抑制作用,且会降低形成阳极生物膜的主要微生物不动杆菌属Acinetobacter和具有产电功能芽孢杆菌属Bacillus在反应器中含量,这是影响反应器产电性能和处理效果的主要原因.青霉素废水经电催化降解后,浓度明显降低,有效缓解了青霉素对BES的抑制作用,提高废水的可生化性,因此电催化-生物电化学耦合系统是一种高效低能耗处理抗生素废水的新工艺.     

生物阳极型MFC对磺胺喹噁啉的降解性能研究

磺胺喹噁啉（Sulfaquinoxaline,SQX）作为一种磺胺类抗生素,广泛用于禽畜球虫病防治,易在环境中残留从而造成环境污染,对其降解研究较少.本研究通过微生物燃料电池（Microbial fuel cells,MFCs）,以10 mg·L^-1 SQX和乙酸钠为底物研究SQX降解特性、电化学性能、产物生物毒性及菌群结构.结果表明,SQX降解率随着乙酸钠浓度的升高先增大后减小,其中SQX与TOC在10 d内最大降解率分别为87.1%和94.0%;MFC体系的最大功率密度和输出电压分别为309.8 mW·m^-2和0.702 V;大肠杆菌和青海弧菌Q67毒性实验结果表明,SQX经MFC处理后可有效降低生物毒性;通过LC-TOF/MS分析,SQX生物降解过程中的主要中间产物,推测出羟基化反应、磺酰胺键断裂、吡嗪环C-N键断裂、水解反应、分子重排等降解路径;微生物群落分析表明,MFC阳极体系中Terrimonas、Aquamicrobium、Thiobacillus等菌属与SQX生物降解相关.     

零价铁预厌氧协同MFC强化降解吲哚性能与功能菌群分析

通过零价铁（ZVI）预厌氧与微生物燃料电池（MFC）的协同作用,研究其对单一基质碳源吲哚的降解特性、MFC产电性能及群落分析.结果表明：ZVI（4 g·L^-1）的预厌氧可明显促进吲哚（250 mg·L^-1）在MFC体系中的降解;其中吲哚与TOC在96 h内的降解率分别为97.17%和89.50%,且吲哚的降解符合一级反应动力学模型;体系中MFC最大输出电压和功率密度可达600 mV和439.55 mW·m^-2;通过LC-MS分析,吲哚在协同体系中的主要中间代谢产物为靛红和水杨酸.高通量测序结果表明,ZVI预厌氧体系的引入有利于MFC体系中梭菌（Clostridium sensu stricto）、链霉菌（Streptomyces sp.）、热单胞菌（Thermomonas）的富集与吲哚的厌氧降解;同时促进假单胞菌（Pseudomonas）和梭菌等在代谢过程中的电子转移,提高了MFC的产电性能.     

一株克雷伯氏菌(Klebsiella sp.)Z6的分离及其产电特性研究

产电微生物是驱动微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)运行的关键.采用分离培养-MFC产电实验的方法,从以污水处理厂活性污泥为接种物的MFC阳极生物膜中分离到一株产电微生物,命名为Z6.菌株Z6的16S rDNA序列与已知菌株Klebsiell aoxytoca An16-2具有100%的同源性,结合该菌生理和形态特征将其初步鉴定为克雷伯氏菌属.菌株Z6接种MFC的产电结果表明,以柠檬酸钠为底物时MFC的最大体积功率密度达到14.35W·m-3,内阻为400Ω,显示出较强的电化学活性.通过循环伏安分析和外源AQDS添加实验结果推测,菌株Z6很可能通过分泌电子传递中间体传递电子.