生物电化学

摘要： 将电化学和生物电化学结合,利用电化学解决污水中的离子,生物电化学处理有机物。引入当下绿色的生物电化学的前沿技术,通过藻类微生物和水草的共生体系的引入,相辅相成,综合解决氮磷污染物和重金属离子。此外,结合深度学习算法,还可以达到精准处理。目前我国水污染严重,现有的污水处理厂对于污染物没有针对性,需要大量水力和电能,效率低下;污水处理厂的大量兴建和专业级污水处理技术人员数量不匹配;污水处理成本高。为解决这些问题,我们致力于研究一种基于深度学习的集成化污水处理装置。

摘要： 难降解有机物由于其高毒性和难生化降解性对环境造成污染严重。厌氧消化法由于具有经济性和有效性而被广泛用于废水处理中。综述了在厌氧消化体系中分别加入铁基材料、碳基材料、复合材料3种导电材料及耦合生物电化学工艺对降解难降解有机物的强化效果并对其强化机理进行探讨。最后对导电材料介导厌氧强化难降解有机废水降解的前景进行了展望。

摘要： 武海,博士,教授,硕士生导师(安徽大学兼职博士生导师),安徽省教学名师,中青年骨干教师,阜阳市专业技术拔尖人才。2012年于中山大学获理学博士学位,2016-2017年于弗吉尼亚理工学院暨州立大学从事高级访问学者,现于阜阳师范大学研究生处工作。主要研究方向为生物电化学、光化学传感器的构建,环境污染物的检测技术开发与应用等方面的研究。

摘要： 针对污水中传统污染物和新污染物的共存特征,以典型全氟化合物(PFASs)为目标新污染物,探究人工湿地微生物燃料技术(CW-MFC)处理含PFASs污水的效果,构建了不同电路运行模式下的CW-MFC体系,研究了CW-MFC对PFASs的去除效果,并探讨PFASs添加后对传统污染物去除和生物电化学性能的影响。结果表明CW-MFC系统在开路和闭路运行下均能够有效去除废水中96%以上的PFASs。在PFASs介入后,对CWMFC系统有机物和磷的去除无显著影响,然而系统的脱氮效率和生物电转化性能均发生了一定程度的降低。在闭路运行工况下,CW-MFC系统的氨氮去除率和输出电压分别下降了7.22%和7.32%;CW-MFC开路运行时总氮去除率降低了13.98%。研究为水环境中PFASs污染的治理技术提供有益探索。

摘要： 人工湿地(CW)与微生物燃料电池(MFC)的耦合系统是一种新型的生物电化学系统.该系统可以在生物产电的同时进行废水处理.结合近年来对人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)的系统产电和污染物降解性能的研究,综述了 CW-MFC系统的最新研究进展,主要从系统结构(湿地植物、微生物、电极材料、基质材料)和影响系统运行因素(水力停留时间、溶解氧、有机负荷及废水成分、氧化还原电位)2个方面概述.最后总结了 CW-MFC面临的挑战及今后的发展方向,并展望了该系统的研究潜力.

摘要： 水体富营养化问题日趋严峻,氮磷营养元素大量进入水体,严重危害人体健康和生态环境.生物电化学系统(BES)作为一种新型绿色技术,在处理废水的同时能够产电回收能量.综述了BES脱氮反应器构型及其与其他水处理技术耦合工艺在水体治理方面的研究进展,以及BES除磷技术的效果及存在问题.指出:将反应器进行放大试验,有效经济地应用于污水处理实践是未来急需解决的问题.

摘要： 土壤化学是重要的土壤学基础分支学科.在回顾了土壤化学发展历程的基础上,梳理了土壤化学的四个前沿交叉方向,并展望了土壤化学与其他相关学科的交叉发展趋势,以期寻求新的学科增长点.土壤化学经历了从恒电荷到可变电荷土壤学说演变,我国在土壤电化学、根际土壤化学、土壤化学-物理-微生物界面反应等方向逐步领跑.新时代中国已经发展成为国际土壤化学的研究中心之一,尤其在土壤化学与微生物学、地球化学、矿物学、环境化学等交叉领域取得了突破性发展.同时,发展并运用同步辐射、微流控联用光谱能谱、高分辨显微镜、光谱电化学等实时、原位、高精度研究方法,推动土壤化学研究取得了长足的进步.新时代的土壤化学具有三个重要发展趋势,首先系统揭示地球表层系统中物质循环与能量交换的土壤化学机制,实现"0到1"的土壤化学原创性成果的突破;其次需要综合运用地球表层系统理论,从多界面、多要素、多过程的"三多"交互耦合;再次,需要加强与地球宜居性这一人类重大命题的交叉融合,为生态文明建设、土壤污染防治攻坚战、全球变化等国家重大需求提供理论支持.

摘要： 土壤微生物燃料电池(MFC)可以将土壤产电细菌分解有机质产生的化学能转化为电能.为了提高土壤MFC的产电性能,实现持续稳定驱动小功率用电器,本研究发明一种新型复合材料作为阳极,在水稻土中构建了土壤MFC.通过串联两个土壤MFC,将输出电压维持在1403.3～1579.9 mV,实现持续驱动电子计时器稳定运行30 d.之后移除电子计时器进行土壤MFCs的电化学测试.功率密度曲线显示串联土壤MFCs最大功率密度5.45 mW·m-2,最大输出功率158.42μW.电化学阻抗谱分析表明,单个土壤MFC阳极电荷传递电阻分别为16.46Ω和16.80Ω.从阳极表面的土壤样品中提取RNA,对逆转录后的16S rRNA进行测序分析.结果显示,土壤MFCs中,阳极上有14个产电细菌相关属,其中地杆菌属(Geobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、梭菌属(Clostridium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和脱硫球茎菌属(Desulfobulbus)16S rRNA的数量均占所有产电细菌相关属总数的10％以上,为最活跃的产电细菌相关属.

摘要： 本文虽然仍讨论的是电化学问题,但是涉及的已经不是表面技术领域。我们仍然刊登的原因很简单,一方面这是量子电化学的新应用的一个重要例子,另一方面就是支持我国自主的科技创新努力。本文作者所提出的问题,是当代生物学界应该认真对待的问题。我们不必也不用等到外国有人提出这方面问题我们才来跟风研究。我国大学和科研机构完全可以就此课题展开科研,以期获得实质性突破和进展,为推动生命科学的进步与发展做贡献。

摘要： 2007年至今，我们研究组主要从事生物电化学与生物传感技术的研究，内容 主要有五个方面。①Sol-Gel 衍生的复合陶瓷碳电极的构置及应用研究，包括:金属 铁氰化物复合陶瓷碳电极的构置及应用[1]、染料类修饰陶瓷碳电极的构置及应用[2] 和十二烷基硫酸钠修饰碳糊电极及应用[3]。②离子液体修饰碳糊电极的构置及应 用，包括:基于碘化物在四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑离子液体中的氧化还原行为、 构置离子液体碳糊电极并将其用于多贝斯、对苯二酚、对乙酰氨基酚、对氨基酚、 黄芩苷、芦丁等的电化学行为和分析方法的研究[4]。③氧化还原蛋白质（酶）的直 接电化学方面的研究，包括:葡萄糖氧化酶、细胞色素C、血红蛋白等在离子液体 修饰电极上的直接电化学及电催化研究[5]、功能化离子液体在氧化还原蛋白质（酶）的直接电化学研究中的应用[6]、基于纳米材料（纳米金、石墨烯、纳米碳材料等）的酶的直接电化学及电催化研究[7]。④基于酶催化诱导纳米金[8]、稀土铁氰化物[9] 及导电聚合物[10]等纳米材料生成的新型电化学生物传感器和基于碳纳米管信号放 大的适体传感器研究[11]。⑤电化学沉积法沉积聚苯胺、金属及其氧化物等纳米材料及其在传感器研究中的应用[12]。

摘要： 近年来，随着分析化学与生命科学的交叉融合、生物分析及传感研究的快速发展，生物电化学与生物传感的研究与应用已成为分析化学领域的研究热点之一。其中，基于离子液体、纳米材料以及生物催化的电化学生物传感研究尤其受到人们的广泛关注。本课题组，在对有机药物的电化学行为研究的基础上，自 2007年始开展了一系列生物电化学与生物传感技术方面的研究，主要内容包括以下四个方面。①Sol-Gel衍生的复合陶瓷碳电极的构置及应用研究，包括：金属铁氰化物复合陶瓷碳电极的构置及应用及染料类修饰陶瓷碳电极的构置及应用。②基于离子液体的电化学研究，包括以离子液体为电解质，研究了辣根过氧化物酶修饰电极直接电化学行为以及碘化物的氧化还原行为；离子液体修饰碳糊电极的构置及应用，例如：构置离子液体碳糊电极并将其用于多贝斯、对苯二酚、对乙酰氨基酚、对氨基酚、黄芩苷、芦丁等的电化学行为和分析方法的研究；离子液体在电化学生物电化学传感器中的应用，例如：葡萄糖氧化酶、细胞色素C、血红蛋白等在离子液体修饰电极上的直接电化学及电催化研究以及功能化离子液体在氧化还原蛋白质（酶）的直接电化学研究中的应用。③基于纳米材料的氧化还原蛋白质（酶）的直接电化学及生物催化电化学生物传感研究，包括氧化还原蛋白质（酶）的直接电化学及电催化研究、基于酶催化诱导稀土铁氰化物及导电聚合物等纳米材料生成的新型电化学生物传感器的研究。④色谱电化学及相关研究，包括建立中药中一些酚酸类物质的色谱电化学分析方法、受体生物色谱及其它相关研究方面也开展了一些工作。

摘要： 本文将从纳米生物界面、新型离子液体和环境敏感的高分子生物界面等三方面介绍功能性生物界面在生物电化学领域的部分研究进展。

摘要： 针对生物电化学辅助系统(BES)产氢效能低的现象，利用PCR-单链构象多态性(SSCP)技术，分析微生物群落结构与系统运行状况的相关性。通过分析运行方式由产电向产氢转化、持续产氢阶段、补充活性污泥条件下的微生物群落结构，发现系统外加电压导致Dysgonomonas和Sulfurovum都被明显的削弱。在持续产氢阶段Acinetobacter、Alkanindiges、Terrimonas占据优势，它们不足对电子传递起直接贡献的微生物，这是系统产氢效能低的直接原因。系统补充活性污泥后，虽然出现了Pseudomonas sp.、Iron-reducing enrichment clone和Flaobacterium sp.，等电子传递微生物，但是，它们的优势地位并不明显。这也说明，接种污泥中缺乏对电子传递贡献较大的微生物可能是导致系统产氢效能低的另一个原因。

摘要： 碳纳米管由于其具有独特的电子、结构和力学性质,而成为各学科的研究热点之一.本文对嵌段共聚物/辣根过氧化物酶/碳纳米管复合物的生物电化学和电催化行为进行了研究.

摘要： 本文介绍了生物色谱新方法研究中毛细管电泳、生物色谱-质谱联用技术的应用以及生物电化学新方法研究中溶胶凝胶技术,纳米膜电极、自组装磷脂双层膜电极的应用.

摘要： 本文介绍光寻址电位传感器应用在生物电化学中,不仅响应稳定、数据可靠而且简单、快速,此外,该技术也应用于临床分析中,还可构成味觉传感器.

摘要： 本研究利用生物电化学系统阴极能够促进污染物还原分解的特性,开发了微生物催化电解工艺,并将微生物催化电解与传统厌氧生物处理工艺耦合,开发出升流式生物催化电解反应器(UBER).基于此,建立并完成了中试规模的微生物催化电解-水解酸化耦合系统(BES-ABR),通过生物电化学反应强化了染料废水的处理效果.同时,对系统中嗜电极功能微生物Shewanella oneidensis MR-1的脱色机制进行了解析.

摘要： 近年来,氧化还原酶的直接电子转移反应引起了越来越多研究者的兴趣,这些研究不仅可以获得酶的热力学和动力学性质等方面的重要信息,而且对生物催化剂酶在生物传感器和生物燃料电池等方面的应用具有十分重要的指导意义.本文研究了纳米层状水滑石固定的辣根过氧化酶(HRP)在玻碳电极(GC)上的直接电化学行为,以及对底物H2O2的催化行为.

摘要： 本文利用电化学方法考察了半乳糖氧化酶的直接电化学特性及加入介体后对其活性中心与电极之间的电子传递的促进作用.

摘要： 本发明提供了一种增强生物电化学的产氢方法及生物电化学产氢系统，该产氢方法包括如下步骤：在微生物燃料电池模式下培养阳极产电菌，在微生物电解池模式下制氢，该产氢系统实现制氢的方法包括：在电解腔室内投加甲烷化抑制剂，通过外接电源向微生物电解池两端施加外加电压，阳极生物膜经驯化后启动微生物电解池，阳极在降解有机物过程中释放电子、H+和二氧化碳，电子经外电路到达阴极，并在阴极与H+结合产生氢气；本发明在产氢方法内投加甲烷化抑制剂3‑NOP，使得产甲烷菌的甲基辅酶M化学失活，避免了产甲烷菌通过甲基辅酶M消耗氢气，实现了抑制甲烷化的目的，从而增强了系统的产氢性能，使得生物电化学产氢系统更具应用推广价值。

摘要： 本发明公开了一种强化微生物电化学脱氮的方法与大阴极室连续流生物电化学反应装置。一种强化微生物电化学脱氮的方法是将经过预处理的三维电极石墨粒进行表面修饰，将得到的表面修饰的三维电极石墨粒置于微生物电化学电解池的阴极室中，增大阴极的表面积，强化微生物电化学脱氮。一种大阴极室连续流生物电化学反应装置是将阴极室设置为连续流结构，并用三维电极石墨粒增大阴极表面积。本发明通过表面修饰的三维电极石墨粒增大阴极表面积，能显著提高电解池的反硝化速率，而一种大阴极室连续流生物电化学反应装置能很好的运用于实际污染地下水的降污。

摘要： 本发明提供了一种增强生物电化学的产氢方法及生物电化学产氢系统，该产氢方法包括如下步骤：在微生物燃料电池模式下培养阳极产电菌，在微生物电解池模式下制氢，该产氢系统实现制氢的方法包括：在电解腔室内投加甲烷化抑制剂，通过外接电源向微生物电解池两端施加外加电压，阳极生物膜经驯化后启动微生物电解池，阳极在降解有机物过程中释放电子、H+和二氧化碳，电子经外电路到达阴极，并在阴极与H+结合产生氢气；本发明在产氢方法内投加甲烷化抑制剂3‑NOP，使得产甲烷菌的甲基辅酶M化学失活，避免了产甲烷菌通过甲基辅酶M消耗氢气，实现了抑制甲烷化的目的，从而增强了系统的产氢性能，使得生物电化学产氢系统更具应用推广价值。

摘要： 本发明公开了一种强化微生物电化学脱氮的方法与大阴极室连续流生物电化学反应装置。一种强化微生物电化学脱氮的方法是将经过预处理的三维电极石墨粒进行表面修饰，将得到的表面修饰的三维电极石墨粒置于微生物电化学电解池的阴极室中，增大阴极的表面积，强化微生物电化学脱氮。一种大阴极室连续流生物电化学反应装置是将阴极室设置为连续流结构，并用三维电极石墨粒增大阴极表面积。本发明通过表面修饰的三维电极石墨粒增大阴极表面积，能显著提高电解池的反硝化速率，而一种大阴极室连续流生物电化学反应装置能很好的运用于实际污染地下水的降污。

摘要： 本发明公开了一种电化学耦合微生物电化学处理酸性矿山废水的工艺。由电化学预处理系统和微生物电化学处理系统构成，酸性矿山废水首先进入电化学预处理系统，经预处理后废水的pH值得到提高使其达到后续微生物电化学适宜的pH范围；然后再进入微生物电化学处理系统中，通过微电场强化微生物作用，将硫酸盐还原成硫单质回收，并进一步沉淀重金属离子，使处理过后的废水达到排放标准。本发明工艺无化学药剂投加，操作成本低；具备废水处理和资源回收双重效益，可回收硫单质；操作方便，可自动运行；保护环境，经济效益高。

摘要： 本发明公开了单原子空气阴极、电池、电化学系统与生物电化学系统。具体的，本发明涉及一种阴极，包括：集电层；以及催化剂层，所述催化剂层设置在所述集电层上，所述催化剂层包括原子级分散金属催化剂。由此，采用原子级分散金属催化剂催化该阴极中的氧还原反应，不仅具有催化活性好、金属利用率高、成本低廉等优点，而且当该阴极用于电化学系统时，可以提高电子利用率，进而提升了电化学系统的产电性能。

摘要： 光合生物耦合生物电化学膜生物反应器水处理装置，属于污水生物处理回用与资源化技术领域。其特征是阳极室设置有进水管和扩散通道，内部填充石墨颗粒并附着产电微生物，阳极室壁上设置有通孔，外侧包裹无纺布，上部避光，导电过滤分离膜套设于所述通孔的外侧，导电过滤分离膜外侧的阴极室内悬浮生长绿藻类光合微生物，阴极室顶部由导电过滤分离膜过滤后出水，阴极室底部为漏斗结构用于排出剩余绿藻，阳极和导电过滤分离膜通过导线连接，外接负载电阻。本发明的效果和益处是不仅避免了人工曝气增氧等耗能行为，而且脱氮效果好，还能在产电同时去除水中的氮、磷和有机物等物质，过剩绿藻可进一步利用，从而降低了处理废水的能耗，并产生附加价值。

摘要： 一种有机化学品污染水的微生物电化学处理方法，包括反应器的启动、异丙甲草胺的驯化和降解三步。反应器由有机玻璃外体、碳刷阳极和活性炭空气阴极以及电极固定压板组成；采用培养一年以上成熟的微生物电化学反应器出水和磷酸盐缓冲营养溶液为接种溶液，此时乙酸钠为唯一碳源。异丙甲草胺的驯化是按照10、20、40、80、160、1000、2000、4000、8000μg/L浓度梯度依次每天向更换的营养溶液中加入异丙甲草胺。降解是在驯化完成后，从更换营养溶液中去除乙酸钠。此时8000μg/L的异丙甲草胺为唯一碳源，进入微生物电化学处理异丙甲草胺污染水状态。处理后污染水中异丙甲草胺的降解率高达84％。

摘要： 本发明提供了一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置及方法，该装置包括透光导电阴极、生物阳极以及设置在反应器内部的膜曝气生物膜和微曝气装置，所述的透光导电阴极上附着生长微藻，另专门设置有微藻收集刮板，并且所述的生物阳极通过外接电路与透光导电阴极电连接，所述的系统可用于处理有机废水，与现有技术相比，本发明系统污水处理效果好，产电效率高，操作过程耗能低，整个系统运行稳定，高效节能，兼具污染物处理和产电功能，具有很好的开发运用前景。

摘要： 本实用新型公开了一种具有弧形结构的生物电化学电极及其应用，其包括相对设置的阳极和阴极，该阳极、阴极分别形成有至少一个弧型子电极；且阳极、阴极中，各自的弧型子电极的圆心角角度独立地为60°‑180°；以及采用上述具有弧形结构的生物电化学电极的处理难降解废水的生物电化学装置；该具有弧形结构的生物电化学电极不仅提升了生物相容性，而且可以在水流的作用下将死亡菌种以及杂质菌、废弃物有效去除，进而促进了电化学活性细菌生物膜的形成及其稳定性，同时其阴阳两极还可以设置地更近，加快了电极之间的电子传递效率，得到较高的电流密度，从而使得该电极可以应用于难降解废水的预处理当中，可有效地提升废水的可生化性。