強化廢水厭氧生物體系中直接種間電子傳遞(DIET)能力是提高有機廢水厭氧生物產甲烷性能的有效途徑。為了提高廢水厭氧生物處理過程中產甲烷效率,本文采用具有良好表面缺陷的氮摻雜碳材料和具有P型共軛結構的導電聚苯胺(Polyaniline,PANI)作為厭氧生物體系的導電介質,進一步富集厭氧體系中具有DIET能力的微生物,同時提高廢水厭氧生物處理體系中微生物胞外電子在導電材料界面的轉移效率。首先,以富氮的PANI為前驅體制備了氮摻雜碳材料。然后,考察了碳化溫度對材料比表面積、缺陷程度以及氮摻雜量及類型的影響。隨著碳化溫度的升高,材料比表面積、缺陷程度和氮摻雜量均呈現(xiàn)下降趨勢。其中,碳化溫度為600℃時制備的氮摻雜碳材料比表面積和缺陷程度較高,吡啶氮、吡咯氮和石墨氮分布均勻,均為30%左右,具有較好電子轉移能力和生物親和性。將這些氮摻雜碳材料作為導電介質投加至廢水厭氧生物處理體系中來強化厭氧產甲烷性能。結果表明,當碳化溫度為600℃時制備得到的氮摻雜碳材料促進厭氧生物產甲烷性能最好,甲烷產量和產甲烷速率較空白組分別提高20%和17%。優(yōu)化得到氮摻雜碳材料較適宜的投加量為0.6 g/L,產甲烷速...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 有機廢水厭氧生物產甲烷技術研究現(xiàn)狀
        1.2.1 厭氧生物產甲烷過程
        1.2.2 厭氧生物產甲烷中的互營關系及種間電子傳遞
    1.3 胞外電子在導電材料界面的轉移
        1.3.1 膜外蛋白
        1.3.2 納米導線
        1.3.3 電子媒介
    1.4 促進厭氧生物產甲烷的導電聚合物
        1.4.1 聚吡咯
        1.4.2 聚苯胺
    1.5 促進厭氧生物產甲烷的導電碳材料
    1.6 氮摻雜碳材料研究現(xiàn)狀
        1.6.1 雜原子摻雜碳材料
        1.6.2 雜原子摻雜
        1.6.3 雜原子摻雜類型及摻雜位置
        1.6.4 雜原子摻雜碳材料制備方法
    1.7 富氮碳材料g-C₃N₄研究現(xiàn)狀
    1.8 本研究的目的、研究內容與技術路線
        1.8.1 研究目的及意義
        1.8.2 研究內容
        1.8.3 技術路線
2 實驗材料與方法
    2.1 實驗材料
        2.1.1 賣驗試劑
        2.1.2 實驗使用廢水
        2.1.3 實驗儀器
        2.1.4 氮摻雜碳材料的制備方法
    2.2 實驗與測試方法
        2.2.1 厭氧生物產甲烷實驗方法
        2.2.2 水質和氣體測試方法
        2.2.3 酶活性測定方法
        2.2.4 微生物群落結構測定方法
        2.2.5 材料表征方法
3 氮摻雜碳材料促進厭氧生物產甲烷性能及機制研究
    3.1 引言
    3.2 氮摻雜碳材料的表征
        3.2.1 氮摻雜碳材料形貌特征
        3.2.2 氮摻雜碳材料孔隙結構特征
        3.2.3 氮摻雜碳材料表面缺陷特征
        3.2.4 氮摻雜碳材料中N形態(tài)特征
        3.2.5 氮摻雜碳材料的生物親和性
    3.3 氮摻雜碳材料促進厭氧生物產甲烷性能研究
        3.3.1 碳化溫度對材料促進厭氧生物產甲烷性能的影響
        3.3.2 氮摻雜碳材料投加量對厭氧生物產甲烷性能的影響
        3.3.3 有機負荷對厭氧生物產甲烷性能的影響
    3.4 氮摻雜碳材料促進厭氧生物產甲烷機制解析
        3.4.1 氮摻雜碳材料對酶活性的影響
        3.4.2 氮摻雜碳材料對中間產物的影響
        3.4.3 氮摻雜碳材料對微生物群落結構的影響
    3.5 本章小節(jié)
4 氮摻雜碳與PANI協(xié)同促進厭氧生物產甲烷性能及機制研究
    4.1 引言
    4.2 氮摻雜碳/PANI材料表征
        4.2.1 氮摻雜碳/PANI材料形貌特征
        4.2.2 氮摻雜碳/PANI表面缺陷特征
        4.2.3 氮摻雜碳/PANI中N形態(tài)特征
        4.2.4 氮摻雜碳/PANI復合材料的導電性
        4.2.5 氮摻雜碳/PANI復合材料的生物親和性
    4.3 氮摻雜碳/PANI促進厭氧生物產甲烷性能研究
        4.3.1 氮摻雜碳/PANI對厭氧生物產甲烷性能的影響
        4.3.2 氮摻雜碳負載比例對促進厭氧生物產甲烷性能的影響
    4.4 氮摻雜碳/PANI促進厭氧生物產甲烷機制解析
        4.4.1 氮摻雜碳/PANI對酶活性的影響
        4.4.2 氮摻雜碳/PANI對代謝中間產物的影響
        4.4.3 氮摻雜碳/PANI對微生物群落結構的影響
    4.5 本章小結
5 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望
參考文獻
個人簡介
導師簡介
致謝



本文編號：3771046