關(guān)于微生物電化學(xué)系統(tǒng)的研究在近十年來發(fā)展迅速。與傳統(tǒng)的環(huán)境治理方法相比,生物能可以從廢水有機(jī)物中獲得能量或者化學(xué)品,獲得高效的能源產(chǎn)出或是大幅降低環(huán)境治理能耗,是一種有潛力的“變廢為寶”的技術(shù)。首先,本文從水凈化的角度,將微生物電解池與芬頓反應(yīng)結(jié)合,擴(kuò)展出一種新型的應(yīng)用——微生物電芬頓系統(tǒng),以大腸桿菌為病原體模式菌,用于模擬水體消毒的過程。微生物電解消毒過程(Microbial Electrolytic Disinfection,MED)主要在系統(tǒng)的陰極發(fā)生。首先,陽極微生物將COD氧化降解,產(chǎn)生的電子通過外電路到達(dá)陰極將氧氣還原,同時(shí)施加微弱的電壓以促進(jìn)并控制這個(gè)過程。氧氣的不完全還原(雙電子還原過程)能夠在陰極生成過氧化氫,通過亞鐵離子的激發(fā)產(chǎn)生一系列包括羥基自由基在內(nèi)的活性基團(tuán),從而將大腸桿菌殺滅。本文研究發(fā)現(xiàn),微生物電芬頓系統(tǒng)能夠在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)將大腸桿菌的數(shù)量從10⁷ CFU/mL降低至600 CFU/m L左右。此外,本實(shí)驗(yàn)還驗(yàn)證了外加電壓、陰極曝氣和亞鐵鹽的投加量對系統(tǒng)殺菌效果的影響。研究發(fā)現(xiàn),在施加0.2 V的偏壓時(shí),陰極電位為-550 m V到-6...

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 前言
    1.2 MES的定義和基本原理
        1.2.1 MFC簡介
        1.2.2 MEC簡介
        1.2.3 MES基本原理
    1.3 MES發(fā)展應(yīng)用以及研究現(xiàn)狀
        1.3.1 MES用于生物電合成有機(jī)／無機(jī)化學(xué)品
        1.3.2 MES用于水體污染物的去除
        1.3.3 微生物電傳感器
        1.3.4 廢棄資源的回收利用
    1.4 MES用于水體殺菌凈化
    1.5 MES反硝化
        1.5.1 MES反硝化的原理
        1.5.2 MES反硝化的研究現(xiàn)狀
    1.6 本論文研究目的以及主要研究內(nèi)容
        1.6.1 研究目的
        1.6.2 本文研究的研究路線
        1.6.3 本文主要研究內(nèi)容
第二章 微生物電芬頓系統(tǒng)用于水處理過程大腸桿菌消毒的研究
    2.1 材料與方法
        2.1.1 陽極產(chǎn)電菌接種物來源及預(yù)處理
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置
        2.1.3 接種與啟動(dòng)
        2.1.4 常規(guī)試驗(yàn)分析方法
        2.1.5 掃描電鏡前處理
        2.1.6 大腸桿菌的來源及平板計(jì)數(shù)法
        2.1.7 電-芬頓消毒試驗(yàn)設(shè)計(jì)
    2.2 結(jié)果與討論
        2.2.1 微生物電芬頓系統(tǒng)對大腸桿菌的滅活作用可行性分析
        2.2.2 外加電壓對系統(tǒng)消毒作用的影響
        2.2.3 陰極曝氣量對系統(tǒng)消毒作用的影響
        2.2.4 亞鐵濃度對系統(tǒng)消毒作用的影響
        2.2.5 生物電芬頓消毒的主要機(jī)理分析
    2.3 本章小結(jié)
第三章 銅綠假單胞菌Pseudomonas aeruginosa CP1作為生物陰極用于水處理反硝化的運(yùn)行條件優(yōu)化
    3.1 材料與方法
        3.1.1 菌種來源及培養(yǎng)方法
        3.1.2 主要儀器
        3.1.3 分析方法
        3.1.4 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 P.aeruginosa CP1在電場刺激下的反硝化能力
    3.3 Plackett–Burman實(shí)驗(yàn)
    3.4 基于中心組合設(shè)計(jì)CCD的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)
    3.5 Lab-scaleMEC實(shí)驗(yàn)
    3.6 本章小結(jié)
第四章 銅綠假單胞菌Pseudomonas aeruginosa CP1在NO電化學(xué)還原過程中的電子傳遞作用
    4.1 材料與方法
        4.1.1 菌種來源及培養(yǎng)方法
        4.1.2 菌體濃度測試
        4.1.3 使用的氣體來源
        4.1.4 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備
        4.1.5 玻碳電極的預(yù)處理
        4.1.6 循環(huán)伏安分析方法
        4.1.7 電化學(xué)阻抗譜的測試方法
        4.1.8 一氧化氮和氧化亞氮的測試方法
    4.2 結(jié)果與討論
        4.2.1 銅綠假單胞菌在O₂和NO電化學(xué)還原過程中的作用
        4.2.2 NO生物電化學(xué)還原過程的電子傳遞途徑分析
    4.3 本章小結(jié)
第五章 基于微生物燃料電池制備一氧化碳毒性傳感器
    5.1 材料與方法
        5.1.1 反應(yīng)裝置
        5.1.2 鉑/碳空氣陰極的制備
        5.1.3 接種和啟動(dòng)
        5.1.4 一氧化碳傳感器的運(yùn)行測試
        5.1.5 化學(xué)試劑與分析方法
    5.2 結(jié)果與討論
        5.2.1 CO生物電化學(xué)傳感器的性能測試
        5.2.2 CO生物電化學(xué)傳感器的響應(yīng)時(shí)間
        5.2.3 CO生物電化學(xué)傳感器的不足和應(yīng)用前景
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    1 本文的主要研究結(jié)論
    2 本課題的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    3 展望和不足
        3.1 展望
        3.2 系統(tǒng)成本研究的不完善
        3.3 實(shí)際應(yīng)用的瓶頸
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號：3860539