哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘要................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................II 第1章绪论 . (1)
1.1课题的研究背景及研究意义 (1)
1.2微生物燃料电池（MFC） (1)
1.2.1 MFC的工作原理 (1)
1.2.2 MFC处理含重金属废水的应用 (3)
1.2.3 MFC的发展瓶颈 (6)
1.3石墨烯材料简介 (7)
1.3.1石墨烯的结构及性质 (7)
1.3.2石墨烯在MFC中的应用 (8)
1.4本文的研究内容 (9)
第2章材料和方法 (11)
2.1 引言 (11)
2.2反应器构型 (11)
2.3药品与仪器 (11)
2.3.1药品 (11)
2.3.2仪器 (13)
2.4分析测试方法 (14)
2.4.1常规物化指标检测 (14)
2.4.2电化学指标检测 (14)
2.4.3石墨烯材料及电极材料表征 (16)
2.4.4微生物群落分析 (17)
第3章未改性石墨烯和铂碳MFC去除Cu(II)的对比研究 (19)
3.1引言 (19)
3.2未改性石墨烯和铂碳MFC去除Cu(II) (19)
3.2.1未改性石墨烯和铂碳MFC的接种及驯化 (19)
3.2.2未改性石墨烯和铂碳MFC对COD和Cu(II)的去除效果 (20)
3.2.3未改性石墨烯和铂碳MFC的产电及其电化学性能 (22)
3.2.4电极材料的分析 (27)
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3.3小结 (30)
第4章石墨烯改性改性石墨烯MFC去除Cu(II)的研究 (31)
4.1引言 (31)
4.2石墨烯的改性 (31)
4.2.1石墨烯改性方法 (31)
4.2.2改性石墨烯表征 (32)
4.3改性石墨烯MFC处理含铜废水 (33)
4.3.1 MFC的启动和驯化 (33)
4.3.2 MFC对Cu(II)和COD的去除效果 (34)
4.3.3改性石墨烯MFC的产电及其电化学性能 (35)
4.3.4电极材料的分析 (41)
4.4小结 (44)
第5章MFC阳极和生物阴极微生物群落分析 (46)
5.1引言 (46)
5.2 MFC阳极微生物群落分析 (46)
5.2.1阳极种群丰度和多样性分析 (46)
5.2.2阳极种群的差异分析 (48)
5.2.3阳极群落结构组成分析 (50)
5.3 MFC阴极微生物群落分析 (58)
5.3.1阴极种群丰度和多样性分析 (58)
5.3.2阴极种群的差异分析 (58)
5.3.3阴极群落结构组成分析 (61)
5.4阴阳极微生物的关系分析 (67)
5.5小结 (68)
结论 (69)
参考文献 (70)
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果 (77)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (78)
致谢 (79)
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第1章绪论
1.1课题的研究背景及研究意义
现今世界，能源和环境问题是大家关注的焦点。然而，近些年来有关于水污染尤其是重金属水污染的报道一直层出不穷。重金属废水主要来源于印刷电路板的制造，电子电镀，采矿，金属冶炼，油漆和印刷等行业[1]。典型的浓度从0.01mM到几百mM不等。这些重金属废水会导致很多健康问题[2,3]，对自然环境也会造成不可修复的损伤。面对“美丽中国”的美好愿景，做好重金属废水的处理工作刻不容缓。
目前，很多技术已经用于重金属废水的处理，包括吸附沉淀[4-6]，电化学[7]，膜技术[8]等。吸附沉淀操作起来十分简单，但运行成本稍高且易产生二次污染。膜技术可以高效快捷的去除重金属，但膜成本高昂[8]。同时若是高浓度废水，吸附沉淀，离子交换这些方法能够达到很好的效果[9]，但是如是低浓度的废水（<100mg/L）物化方法去除效果较差[10]。有人发现自然界中，一些微生物具有处理重金属废水的潜能，Yalcinkaya等发现Pleurotus sapidus对汞有一定对吸附能力[11]，但这只是改变了其存在位置，并没有达到从环境中去除的目的。Logan 等发现产电微生物能够产生电子和释放电子，可以使其应用到废水处理中。作为一项新型技术——微生物燃料电池（Microbial fuel cell, MFC）在处理低浓度的重金属废水将有重要意义。
目前，MFC的概念已经扩展到对各种有机废弃物的处理，包括海水淡化[12]，脱氯[13]，Cr(VI)的处理[14]，铜的去除[15]。可以采用MFC处理含有有机物和低浓度的重金属废水，同时转换成电能，还可以回收如氢气，甲酸，甲烷等能源物质。[11,16,17]
1.2微生物燃料电池（MFC）
1.2.1 MFC的工作原理
20世纪初，英国植物学家发现酵母菌能够产生电。[18]但是当时由于MFC 的整个产电的功率很低，没有引起足够的认识。到了80年代，MFC又再次引起大家的关注。2004年，Liu等[19]通过实验确定了MFC在处理生活污水的同时可产生电能。这使得关于MFC的研究又增加起来。MFC是一种依靠微生物的代谢，把污水中有机质的的生物能转化为电能的一种装置[20]。典型的MFC