微生物燃料电池还原二氧化铅及产电研究

为探究二氧化铅在微生物燃料电池(Microbial fuel cell,简称MFC)中的还原及对产电性能的影响,采用电沉积法成功制备了钛基二氧化铅(PbO2/Ti),并将其作为阴极材料应用于双室MFC.二氧化铅的价态、晶型、形态特征以及电化学特性分别采用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和循环伏安扫描(CV)进行分析,MFC的产电能力通过COD的去除、输出电压和极化曲线进行表征.结果显示,在以PbO2/Ti为阴极的MFC中COD的降解率可以达到87.68%,明显高于纯钛板的对照(71.4%).当外阻为1 000Ω时,最大输出电压达到760 mV,约为对照的30倍.最大功率密度达379 mW m–2,相应的电流密度为1 185 mA m–2.同时,PbO2被还原为PbO和Pb3(PO4)2.由此可见,二氧化铅由于其具有的强氧化性可作为廉价高效的阴极材料应用于MFC,从而大大提高MFC产电能力.     

假单胞菌MBR还原钛(Ⅳ)合成钛纳米粒子

研究了一株假单胞菌MBR(Pseudomonas sp.MBR)在好氧环境下,以有机碳源为电子供体,将氟钛酸盐还原为钛单质的特性及影响还原的因素.结果表明,该菌还原氟钛酸盐初始浓度范围为0.5~8.0 mmol/L,最适pH值为7.0,柠檬酸钠为最佳碳源供给物,并且在电子供体和钛的摩尔比为100:1时还原效果最好.扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察显示加氟钛酸盐后细胞的形态并没有发生变化,还原的Ti单质以纳米粒子形式积累在细胞内.     

混合菌群产氢特性研究

对产氢菌株进行筛选,得到一组可以在微氧条件下高效产氢的微生物菌群.此菌群在0～15%O2浓度下都可以产氢,具有较高的耐氧产氢特性.该混合菌群可利用甘露醇、葡萄糖、蔗糖、乳糖、淀粉为底物产氢,其中甘露醇为最适底物.最适产氢温度、pH值、仞始氧气浓度分别为33℃、7.0、2.72%.在此条件下,以片露醇为碳源(5.0 g/L),产氢效率可达到324.18 mL(H2)/g(甘露醇).对该产氢体系发酵末端产物的液相分析显示乙醇占76%～93%,表明该产氢体系为乙醇型发酵.通过PCR-DGGE方法进行菌群分析,发现不同初始氧浓度下菌群分布有一定差异,但克氏杆菌在各种氧浓度下的混合菌群中都占明显优势,是主要的产氢菌.图8表1参25     

生物电化学系统固定二氧化碳同时产生乙酸和丁酸

生物电化学系统用于微生物电合成,可原位利用污水中的能量将二氧化碳固定,并生产有机物.通过构建生物电化学系统,利用混合菌作电催化剂还原二氧化碳生成乙酸和丁酸.设定阴极电势-0.75 V(vs Ag/AgCl),10 d的反应周期内,乙酸最大积累浓度为251.89 mg/L;丁酸从第3天开始生成,最大积累浓度为89.42 mg/L.系统总电子回收率可达85.04%.电化学分析表明生物阴极具有良好的催化活性.PCR-DGGE分析生物阴极主要菌群为醋酸杆菌属(Acetobacterium)和拟杆菌属(Bacteroides).本研究证明了生物阴极具有以二氧化碳为原始底物合成乙酸,并进一步延伸碳链合成中链脂肪酸的能力,对进一步开发微生物电合成技术具有重要参考价值.     

高温优势菌生物膜法处理含油污水的中试

根据小试与中试 ,研究出一种对采油废水中有机物具有独特降解作用的高温优势菌种 ,并采用接触氧化生物膜法对采油废水处理进行中试试验 ,结论为 :(1)该方法对含油污水中的油、CODCr、硫化物和挥化酚均具有良好的去除作用 ;(2 )在温度高达 6 0℃条件下运行 ,生物膜中微生物的生长没出现异常 ;(3)填料类型对挂膜有着很大影响 ,中试试验结果表明 ,纤维素填料更适合高温好氧菌的固定。     

一株假单胞菌MBR对亚碲酸盐的好氧还原特征

本实验室前期获得了一株假单胞菌MBR(Pseudomonas sp.MBR),能够在好氧环境以有机碳源为电子供体,将可溶性强、毒性高的亚碲酸盐还原为无毒的不溶性碲单质.本文主要报道对该菌好氧还原亚碲酸盐为碲单质的特性研究,结果表明,该菌对高浓度的亚碲酸钠具有抗性并还原为单质,由于碳源提供的电子供体不同,该菌对亚碲酸盐的最小抑制浓度(MIC)有较大差异,其中以丙酮酸为碳源的MIC最高,达到2 mmol/L.扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察显示亚碲酸钠的毒性使细胞的形态发生了严重变形,细胞膜有裂解的迹象,还原的Te单质大量积累在细胞质内.     

鞘氨醇单胞菌研究进展

鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)是1990年才重新划分的一个新属,由于其特有的生态分布与代谢特征,已引起了环境微生物学者的重视.本文综述了鞘氨醇单胞菌的细胞结构与功能,以及生态分布与代谢特征方面的研究进展.鞘氨醇单胞菌具有特殊的细胞结构,最显著的是细胞膜用鞘脂糖代替了脂多糖,这使其与传统意义上的革兰氏阴性菌具有显著区别.鞘氨醇单胞菌耐受贫营养的代谢机制使其在自然界中有着极强的生命力和广泛的分布,某些菌株具有细胞膜上的高分子通道与大质粒,能够降解高分子有机污染物〔尤其是多环芳烃(PAHs)〕.这些特性使得鞘氨醇单胞菌在环境污染治理与生物技术领域具有广阔的应用前景.图2表1参65     

稳定混合菌协同降解咔唑研究

以咔唑(Carbazole,CAR)作为唯一碳源和氮源,从某炼油厂废水中筛选获得稳定的咔唑降解混合菌株.对该混合菌株进行分离和纯化,获得两株细菌,经生物化学和分子进化特征分析后,初步鉴定为Chryseobacterium sp.NCY和Achromobacter sp.NCW.扫描电镜显示,两株菌在含咔唑的无机盐培养基和肉膏培养基上生长时,细胞形态发生显著的变化.这两株细菌形成的稳定复合体存24 h内对咔唑(500 mg L-1)的降解率为80%,64 h内降解率可达到99%以上,并释放出氨氮22.69 mg L-1.纯化后的两株细菌单独以咔唑为唯一碳源和氮源,均不能生长,推测两株菌通过协同代谢作用降解咔唑.     

变形虫Naegleria sp.TH8的分离鉴定及食藻特性

从太湖水样品中筛选分离到一株能吞噬水华鱼腥藻的原生动物TH8,经形态学及ITS rRNA序列分析鉴定为纳氏属变形虫(Naegleria sp.).显微观察显示变形虫TH8呈蛞蝓状,用透明半球形单伪足爆破前进,有运动滋养体、包囊和鞭毛体3个形态.变形虫TH8能在10~30℃生长并具有食藻活性,但在37℃或灭菌后的水华鱼腥藻中均不能生长.在新鲜水华鱼腥藻中25℃下指数期生长速率达到1.68 cell d-1.食藻特性研究表明,该变形虫在水华鱼腥藻生长的对数初期、对数后期和稳定期的吞食效果优于对数中期.水华鱼腥藻Chl a下降程度与变形虫初始浓度有关.     

还原性硫化物微生物燃料电池偶联偶氮染料降解

以处理实际废水中的还原性硫化物以及染料废水中的偶氮染料为目的,构建了一个双室微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),阳极室接种硫氧化菌,阴极室以甲基橙(MO)作为电子受体,同时进行还原性硫化物生物氧化偶联偶氮染料降解.阳极接入硫氧化菌的MFC在外电阻为1 000Ω,甲基橙溶液浓度为50 mg L-1时,以4 d为一个反应周期,通过采集电池电压(V)、光谱扫描和循环伏安(CV)扫描来考察实验MFC的效率以及扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)来观察阳极生物膜.结果表明,阳极接种MFC的内阻为400Ω,最大电流密度和最大功率密度可分别达到656.25 mA m-2和120.76 mW m-2,而阳极未接种的空白MFC仅能达到259.38 mA m-2和34.81mW m-2.一个周期结束时,还原性硫化物完全被氧化,偶氮染料颜色由红色变为透明.SEM显示阳极碳毡上细菌的形态为杆状.综合以上结果,可说明可以通过MFC将还原性硫化物氧化并将偶氮染料进行降解.