《厭氧氨氧化燃料電池及其微生物學機理研究》是依託浙江大學，由鄭平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：厭氧氨氧化燃料電池及其微生物學機理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：鄭平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
厭氧氨氧化（Anammox）是以氨為電子供體、亞硝酸鹽為電子受體產生氮氣的微生物反應，是當前環境微生物領域的研究前沿。微生物燃料電池（MFC）是以酶或微生物為催化劑，將化學能直接轉化為電能的裝置，是當前能源開發領域的研究熱點。但是，有關厭氧氨氧化燃料電池（Anammox-MFC）的研究，迄今未見國內外文獻報導。創建Anammox-MFC，可以同時實現廢水脫氮和生物發電；探明Anammox-MFC中高效菌群的組成、結構和動態變化，可以發掘新的菌種資源；揭示Anammox-MFC的微生物學機理，可以完善Anammox理論。研究成果將豐富環境微生物學內容，推動廢水脫氮和生物發電的理論創新和技術創新。
結題摘要
厭氧氨氧化是以氨為電子供體、亞硝酸鹽為電子受體產生氮氣的微生物反應，是當前環境微生物領域的研究前沿；微生物燃料電池是以微生物為催化劑，將化學能直接轉化為電能的裝置，是當前能源開發領域的研究熱點。對厭氧氨氧化燃料電池的研究，可以同時實現廢水脫氮和生物發電、發掘新的菌種資源、完善厭氧氨氧化理論，具有重要的科學意義和很高的實用價值。本項目比選了厭氧氨氧化燃料電池的3種的電極材料和3種電極結構，試驗證明石墨氈和二維片狀電極分別為最佳的電極材料和電極構型；研發了10種厭氧氨氧化燃料電池裝置並最佳化了其工況條件，為高效菌群的富集培養以及厭氧氨氧化燃料電池的性能研究和機理揭示提供了硬體支持；試驗了厭氧氨氧化燃料電池的脫氮性能，氨氮和總氮的去除率可分別達到90%和80%以上，容積脫氮速率最大可達3.01 kg /m3•d；試驗了厭氧氨氧化燃料電池的產電性能，產電能力隨著容積脫氮速率的升高而增大，最大輸出電壓和最大功率密度分別可達225.4 mV和1308.2 mW/m3；觀測了產電菌群的形態結構、組成和動態變化，接種污泥和經產電馴化後的懸浮污泥和電極生物膜在菌群形態、組成和結構上差異明顯；分離、培養和鑑定了產電菌，發現其是厭氧氨氧化菌的伴生菌，具有產電功能和電化學活性，可以協同厭氧氨氧化菌產電；研究了產電菌的物質轉化和電子傳遞過程，探明氨和亞硝酸鹽共存是產電菌持續脫氮產電的必要條件，並發現陽極電荷轉移是厭氧氨氧化燃料電池電子傳遞的限速步驟和功率輸出的制約因素；研究了產電菌的表面結構和附著性能對厭氧氨氧化燃料電池功效的影響，證明功能菌處於生物膜與絮體狀態時均具有脫氮產電效能，且二者具有協同作用；探明了產電菌中介體合成能力並試驗了外加中介體對厭氧氨氧化燃料電池功效的影響，電極生物膜不產生中介體，靠直接接觸產電，懸浮菌液中存在電子中介體，在受試的5種電子載體中，中性紅、2-羥基-1,4-萘醌和吩噻嗪的刺激功效較強；研究了3種不同電極電勢的陰極電子受體對厭氧氨氧化燃料電池功效的影響，結果表明輸出電壓隨陰極電子受體電極電勢的升高而增大；探明了電池液相pH、溫度和離子強度對厭氧氨氧化燃料電池功效的影響，最適pH、最適溫度和最適離子強度分別約為8、30°C和40.4 mS/cm，pH、溫度和高離子強度可通過改變容積脫氮速率影響產電性能，而低離子強度則可通過改變電池內阻影響產電性能。
