【摘 要】
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磁场已被证实可以提高生物电化学系统(BESs)中生物阳极的电化学活性,进而降低系统内阻并提高产电功率。而关于磁场对生物阴极的电化学活性影响的研究还未有研究,仍需进一步探讨
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磁场已被证实可以提高生物电化学系统(BESs)中生物阳极的电化学活性,进而降低系统内阻并提高产电功率。而关于磁场对生物阴极的电化学活性影响的研究还未有研究,仍需进一步探讨。由BESs发展而来的生物电合成系统(MES)是一种以阴极电化学活性菌(EAB)为催化剂、将无机碳还原为有机酸的新技术。结合磁场对EAB的最新研究进展,以新近筛选和鉴定的EAB菌株Serratia marcescens Q1为模板,开展了磁场作用下的MES阴极S.marcescens催化还原无机碳为乙酸的研究。在此基础上,探究了磁场作用与Cr(Ⅵ)胁迫环境下的MES还原无机碳性能。主要结论包括:(1)在最佳磁场强度为100 mT时,MES可在12天的运行时间下产生550±22 mg/L的乙酸,乙酸库仑效率(CEacetate)为57±2%,乙酸转化效率(βacetate)为84±2%,是在无磁场条件下的2.2倍(乙酸产量)、1.2倍(CEacetate)和1.2倍(βacetate)。产乙酸性能的提高归因于电荷转移内阻的降低,证明磁场强化了生物在无机碳还原中的电化学活性,同时也证实了磁场和回路电流对胞外聚合物(EPS)的释放具有协同作用,且回路电流比磁场对EPS的作用更显著。(2)磁场(100 mT)补偿了Cr(Ⅵ)的胁迫作用,周期补充碳酸氢盐和Cr(Ⅵ)的操作下,S.marcescens催化的MES阴极在有磁场条件下提高了产酸速率(1.48±0.01 mg/L/h)和Cr(Ⅵ)去除速率(1.672.42 mg/L/h),是无磁场条件下的1.35倍(产酸速率)和1.341.46倍(Cr(Ⅵ)去除速率),是无磁场和Cr(Ⅵ)条件下的1.05倍(产酸速率)。同时,磁场和Cr(Ⅵ)胁迫的共同作用会诱导S.marcescens释放具有组成多样性的EPS,进而提高了乙酸产量并可同步高效去除Cr(Ⅵ)。研究结果为经济有效地提高MES还原无机碳为有机酸提供了有效方法;为从有机物匮乏、重金属污染废水中去除重金属如Cr(Ⅵ)同步高效产酸提供借鉴。
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