微電場激發下多氯聯苯的厭氧還原脫氯研究

《微電場激發下多氯聯苯的厭氧還原脫氯研究》是依託華南理工大學，由馮春華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：微電場激發下多氯聯苯的厭氧還原脫氯研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮春華
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

多氯聯苯（PCBs）具有免疫毒性、神經和發育毒性以及致癌性。厭氧還原是微生物降解PCBs的重要一環，但是土著微生物對PCBs的降解速度慢、效率低。本項目從微生物電化學角度出發，提出了利用微電場促進PCBs的厭氧還原脫氯的概念。主要研究內容包括: 通過外加微電壓選擇性培養高效還原脫氯菌並揭示其菌群結構；解析污染物降解與菌體之間的內在關係，包括電極-微生物-污染物三者之間的電子傳遞機制以及PCBs的厭氧還原脫氯途徑；分析微生物電解池-微生物燃料電池體系中PCBs的降解熱力學和動力學可調控因子以及電子與電子供體的利用效率；考察菌在連續流反應器規模中的脫氯還原能力。本項目旨在為微生物厭氧還原脫氯提供新的路徑，為設計和構建套用於大規模廢水處理、土壤進化以及生態恢復的電化學強化的微生物厭氧反應器提供科學理論根據。

結題摘要

土著微生物對多氯聯苯（PCBs）的降解速度慢、效率低，本項目提出利用微電場促進PCBs厭氧還原的概念，該方法具備高效、低成本、能夠原位修復污染場地等優點。主要研究內容包括：構建電化學強化的微生物反應器，並在此平台上考察影響電子轉移速度及電子利用效率的關鍵因素；解析電極材料表面性質、電子轉移機制與污染物去除之間的對應關係；闡明促進PCBs厭氧轉化的脫氯菌結構、功能及其與各外部條件的內在聯繫；分析PCBs在厭氧還原脫氯菌作用下的降解路徑及影響因素。研究結果明確了具備電容性特徵的電極材料是提高生物電子傳遞的關鍵因素，對設計和改性微生物電化學反應器功能性電極材料提供參考。以PCB61為模型污染物，發現了產電菌的存在可以激發PCB脫氯菌的生長，二者通過互營共生關係使得菌屬對PCB61厭氧轉化維持高活性，使得PCB61在+0.2 V（vs.SCE）刺激下110天內轉化率相比於對照組提高2.5倍。證實了系統中有機碳源的存在有利於施加負電位情況下（如-0.5 V vs.SCE）脫氯菌的生長和繁殖，從而促進PCB61向低氯形態轉化。通過降解中間產物的鑑定，揭示了不同的外部條件（如施加電位大小、是否添加外部有機碳源、底泥性質等）作用下PCB61降解途徑存在不同。基礎研究成果可為微生物厭氧還原脫氯提供新的路徑，為設計和構建套用於PCBs污染場地修復的電化學強化微生物厭氧反應器提供科學理論根據。