书目详细信息
： 生物阴极微生物电解池同步去除重金属性能优化及机制初探
书目信息 机读格式(MARC)
| ISBN/价格： | CNY20.00 (估\呈缴)学位论文 |
|---|---|
| 作品语种： | chi |
| 出版国别： | CN 530000 |
| 题名责任者项： | 生物阴极微生物电解池同步去除重金属性能优化及机制初探/.石秀顶著/.王静，李天国指导 |
| 出版发行项： | 2023.6.1 |
| 载体形态项： | 80页:;+图表:;+30cm |
| 一般附注： | 建筑工程学院, 学号2020210479 |
| 提要文摘： | 重金属污染问题突出，已然成为当下环境污染的重要问题之一。微生物电化学系统（microbial electrochemical systems，MES）的应用作为一种有前途的生物能源生产和废水处理过程，已经获得了显著的重要性，其具有微生物介导的氧化和还原系统的双重优势，为低浓度重金属经济净化回收提供了当代解决思路。对于重金属的净化回收，前人的研究多集中于单室MES处理单一重金属废水，对复合重金属废水的同步处理研究较少。因此本文在构建多重金属长期耐受电活性菌群（electroactive bacterial，EAB）的基础上，主要研究了生物阴极微生物电解池（biocathode microbial electrolytic cells, BCMECs）对多种重金属（Cu(II)、Pb(II)、Zn(II)和Cd(II)）的同步还原去除效果，并初步探索了微生物电解池系统下的重金属宏观去除途径。 本论文首先利用BCMECs处理复合重金属废水（Cu(II)、Pb(II)、Zn(II)和Cd(II)），优化了阴极材料（碳毡、碳布、碳刷和不锈钢网）和环境条件（反应器构型、辅助电压、初始pH、初始重金属浓度等）对重金属去除的影响。研究发现，碳基材料对重金属去除效果明显优于不锈钢网，而不同形态碳基材料之间，碳布效果最好，碳毡、碳刷次之。考虑到经济效应，后续研究均选用碳毡为阴极材料。在优化环境条件时，在单室反应器中，辅助电压为0.9 V，微酸性（pH为6）环境下，初始重金属浓度为20 mg L-1时，实现了最佳的重金属同步去除效果（Cu：98.76 ± 0.3%、Pb：98.01 ± 0.8%、Zn：73.58 ± 4.8%和Cd：84.39 ± 5.9%）。 其次，通过构建单室、阳离子交换膜（cation exchange membrane，CEM）、质子交换膜（Proton exchange membrane，PEM）分离的 BCMECs 对照体系以及开/闭路实验，区分阴阳极对重金属去除贡献，解析微生物电化学过程对重金属去除贡献作用。研究发现，重金属在阴极和阳极区域实现了不同程度的去除效果（61.35% ± 1.2% vs. 37.2 ± 2.4%）且阴极表面重金属去除效率总体上高于阳极，重金属还原与吸附作用的贡献比重为82.3 ± 0.96% vs. 13.6 ± 1.8%。通过SEM - EDS和XPS分析发现，重金属离子被还原为单质或低价态化合物，其还原物主要以颗粒物的形式沉积于阴极表面，表明重金属的去除主要发生在阴极，且多为还原作用。 最后，使用高通量16S rRNA基因测序技术检查电极表面微生物群落组成，发现重金属浓度增加时，阴极表现出比阳极更高的微生物群落多样性。阳极和阴极表面的优势微生物主要为Proteobacteria，随着重金属浓度的增加，阴极微生物变得更加复杂，其结构和数量发生了明显变化，逐渐向Sphingomonas，Azospira，Sphingobium和Cupriavidus等菌属转变。此外，通过对微生物基因功能进行预测分析和微生物群落组成变化，综合分析了阴阳极微生物的共生、寄生等互作关系。 |
| 并列题名： | Synchronous Removal of Heavy Metals by Biocathode Microbial Electrolysis Cells: Optimization and Preliminary Exploration of Mechanisms |
| 题名主题： | 微生物电解池 生物阴极 重金属去除 微生物群落 宏观机制 学位论文 |
| 中图分类： | X703-533 |
| 个人名称等同： | 石秀顶 著 |
| 个人名称次要： | 王静 |
| 个人名称次要： | 李天国 指导 |
| 团体名称等同： | 云南农业大学 授予 |
| 记录来源： | CN YNAUL 20240301 |