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Cu2+对微生物燃料电池产电性能的影响及其迁移转化过程

更新时间:2009-03-28

近年来,微生物燃料电池(MFCs)在水处理、产电和金属回收等领域有着广阔的应用前景[1-2]。阳极微生物是微生物燃料电池中最重要的组成部分,微生物在阳极中形成的生物膜,可以分解有机物并产生电能。适当浓度的金属离子可以促进微生物的生长并提高产电能力,但也可能成为限制性的因素阻碍微生物的生长并降低产电能力[2]

土壤温度影响果树根系的生长,沙荒地土壤温度较高,均在22 ℃以上,间作小麦25 cm土层温度达到30 ℃,显著高于自然生草,5 cm土层间作小麦土壤温度超过40 ℃,抑制根系的生长,造成根系吸收土壤水分困难,而且间作小麦土壤含水量极显著低于自然生草,显著低于行间清耕,造成苹果种植成活率最低,生长状况最弱。调查结果说明,保证水分及时供应,缩短灌溉间隔期是提高苗木成活率、增强幼树生长势的关键因素[8]。可见,环境因子均对沙荒地苹果种植成活率和生长有显著影响,以土壤温度和含水量为直接原因。

金属离子影响微生物燃料电池的电导率、内阻、输出电压、微生物的活性以及化学产物[2] 等,除此之外,这些金属离子还直接或间接地参与了阳极或阴极的化学反应。有研究发现,Na+和K+可以提高阳极液的导电性,减少内阻并提高功率密度[3-6];Ca2+和Fe2+可以参与微生物生物膜的构建[7-9];V5+和Mn4+/Mn2+修饰的阳极材料,不仅可以促进生物膜的形成,还可以促进电子传递[10-11];Hg2+和Pb2+对微生物有毒性,因此可以用其结合微生物燃料电池制作成生物毒性传感器[12];Pd2+和Au3+可以在周质氢化酶和异化金属还原菌细胞色素颗粒的作用下还原为金属纳米粒子[13-14];Pt4+可以在两种不同的硫酸盐还原菌氢化酶的作用下还原为金属纳米粒子[15];Cu2+也可以在乙酸提供电子的情况下通过电活性生物膜还原为Cu+或Cu[16]

另外,微生物燃料电池可以在阴极或阳极去除重金属离子[17-23]。Stein等[17]在研究化学毒素对于微生物燃料电池传感器的影响时发现,在微生物燃料电池的阳极,Ni+的出水浓度比进水浓度略微下降,这一发现暗示了Ni+可以在微生物燃料电池阳极室去除。Abourached等[18]发现单室微生物燃料电池可以通过生物吸附和形成硫化物沉积等方式去除低浓度的Cd2+和Zn2+。除此之外,很多研究表明其他重金属离子如Cr6+、Cu2+、Ag+、Au3+和Hg2+都可以在微生物燃料电池的阴极去除[19-23]

文献[16]提出微生物燃料电池阳极能去除废水中重金属离子,并且具有资源化的潜力。同时,微生物燃料电池还可以利用废水中有机物发电,进一步降低了该技术的运行成本。本文考察了阳极中不同浓度的Cu2+对微生物燃料电池运行的影响,探究了微生物燃料电池对Cu2+的去除能力,以及Cu2+在微生物燃料电池阳极内的迁移和转化情况,系统分析了阳极微生物表面产生的物质的种类及价态等。

1 材料与方法

1.1 “H”型微生物燃料电池的构建

“H”型微生物燃料电池由两个等体积(180 mL)的广口玻璃瓶组成。阴/阳极室中间采用阳离子交换膜(Cation exchange membrane, 13 cm2, CMI-7000, Dupont, USA)隔开。阳离子交换膜在1 mol/L的硫酸中浸泡24 h后,用去离子水清洗,自然晾干备用。阴/阳极均采用石墨电极,其工作面积为12 cm2(3 cm×4 cm)。另外,石墨阳极表面包裹一层尼龙网布作为微生物附着的载体。钛丝作为连接阴阳两级的材料,塑料螺丝钉作为固定电极材料。

1.2 微生物燃料电池的接种与驯化

[13] WU X, ZHAO F, RAHUNEN N, et al. A role for microbial palladium nanoparticles in extracellular electron transfer[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(2):427-430.

变异系数可以反映重金属元素含量的空间变化特征。变异系数≤0.1时为弱变异性,介于0和1之间为中等变异性,变异系数>1时为强变异性[9]。由表1可知,变异系数排序为:Cu>Ni>Cr>Co>Zn>Cd>U>Pb。各元素变异系数均介于0和1之间,属于中等变异,说明该农田内重金属变化程度较大,可能受到农田种植活动及铀矿开采活动等人为活动的影响。

1.3 微生物燃料电池的运行与实验

2.5.1 生物膜表面的SEM-EDS分析 阳极生物膜的空白组和实验组的SEM-EDS如图4所示,从图4(a1)可以明显地看出阳极生物膜上的杆状微生物,而从图4(b1)中既可以看到许多杆状微生物,还可以看到生物膜表面吸附了许多物质。从EDS谱图4(a2)、(b2)和表3可以得到实验组中铜元素的质量分数为 49.56%,而空白组的铜元素质量分数为 12.23%(因为微量元素中有铜元素的存在,长期运行的MFCs中,阳极生物膜上也有铜元素存在)。

(一)牢固树立群众观点,进一步贯彻群众路线。群众路线是我们党的根本工作路线和根本工作方法。贯彻群众路线,最主要的是提高各级领导干部新形势下做好群众工作的能力和水平。要探索新形势下群众工作的特点和规律,主动搭建平台,做到常抓常新,使群众工作体现时代性、把握规律性、富于创造性。要带着真感情和使命感去做群众工作,情、理、法并用,把政策、法律、道理向群众讲清楚。要畅通民意表达和民情收集渠道,坚持领导干部下访、接访、约访等制度,力争第一时间掌握舆情、第一时间处理矛盾、第一时间疏导情绪。要强化对干部走访群众、化解矛盾、解决困难等实绩的量化考核,使群众工作由虚变实,责任由软变硬。

 

1 微生物燃料电池实验内容Table 1 Microbial fuel cell test content

  

ReactorCycleρCu2+/(mg·L-1)MFC⁃01~60MFC⁃(1⁃3)&FC15.54MFC⁃(1⁃3)&FC211.08MFC⁃(1⁃3)&FC322.16MFC⁃(1⁃3)&FC444.32MFC⁃(1⁃3)&FC588.64MFC⁃(1⁃3)&FC6177.28

由于Cu2O和Cu0在Cu 2p3/2的结合能基本相同,光谱峰的形状也基本相同,所以不能确定铜元素是以1价或0价的形式存在。XPS光电子峰和俄歇电子峰具有相同的趋势,但是CuL3M45M45的俄歇电子峰(如图5(b))在判断铜元素的化合价态时更加精确。俄歇参数(α)通常定义为最尖锐的俄歇电子峰动能(EK,A)与最强光电子峰动能(EK,P)之差,即α=EK,A-EK,P=EB,P-EB,AEB,PEB,A分别代表光电子和俄歇峰电子的结合能,P和A分别代表光电子峰和俄歇峰。因为EK,P=-EB,PEK,A=-EB,A,所以EK,A+EB,P= +α

1.4 分析与表征

电池电压由数据采集器(Model 2701, Keithley, Cleveland, OH, USA)每5 min采集1次。实验采用电化学工作站(PARSTAT 2273 Princeton, USA)收集功率密度的数据来绘制最大功率密度变化曲线。功率密度的计算公式如下:

P=VI/A

其中:I为电流;V为电压;A为阳极有效面积。

出水样品(5 mL)需加入1滴与超纯水的体积比为1∶1的硝酸来维持Cu2+的离子形态。考察Cu2+分布时需要将微生物燃料电池各部分拆分后浸泡在与超纯水的体积比为1∶1的50 mL的硝酸中,浸泡48 h后通过火焰原子吸收光谱法(nova 400, Analytic Jena AG, German)测定每一部分中的Cu2+质量浓度,最后计算出每一部分含有的Cu2+质量。

阳极生物膜表面的形貌可以通过扫描电子显微镜(SEM)(JSM-6360LV, JEOL, Japan)进行表征;阳极生物膜表面的元素组成可以通过能谱仪(EDS)(Falcon, EDAX, USA)进行分析;阳极生物膜表面的元素价态则用X射线光电子能谱(XPS)(ESCALAB 250Xi, Thermo Fisher, USA)进行表征。

2 结果与讨论

2.1 不同质量浓度Cu2+对微生物燃料电池输出电压及阳极电势的影响

研究[25-26]表明,高质量浓度的Cu2+对微生物有毒性。如图1(a)所示,将质量浓度分别为 5.54、11.08、22.16、44.32、88.64、177.28 mg/L的Cu2+依次加入到微生物燃料电池的阳极中,从左至右6个峰值依次代表6种质量浓度的Cu2+加入到阳极中时的瞬时电压值。MFC-0为不加Cu2+的空白对照组。研究发现,在Cu2+质量浓度为 5.54 mg/L和 11.08 mg/L时,微生物燃料电池实验组的输出电压要略高于空白组的输出电压。说明低质量浓度的Cu2+对微生物燃料电池的输出电压有促进作用。在Cu2+质量浓度为 22.16 mg/L时,微生物燃料电池实验组的输出电压基本等于空白组的输出电压。因此,对于微生物燃料电池来说,Cu2+的最低中毒浓度在 22.16 mg/L附近,高于Pamukoglu和Kargi报道[27]的Cu2+的最低中毒浓度(14 mg/L)。这是由于在本项研究中,乙酸的存在使得微生物对Cu2+的耐受能力变强,阳极生物膜氧化乙酸产生的电子传递给Cu2+,并将其还原,降低了Cu2+的毒性[16]。在Cu2+质量浓度为 88.64 mg/L和 177.28 mg/L时,微生物燃料电池实验组的输出电压明显小于空白组的输出电压。这可以说明高质量浓度的Cu2+ 对微生物有毒性。不过,在高质量浓度的Cu2+范围内,微生物燃料电池的工作电压仍能维持在 0.4 V左右。同理如图1(b)所示,不同质量浓度Cu2+对阳极电势的影响基本与输出电压一致。微生物燃料电池的长期运行能力是其性能的一个重要指标,处理含Cu2+废水的微生物燃料电池长期运行的效果有待进一步考察。

  

图1 不同质量浓度Cu2+对微生物燃料电池输出电压(a)和阳极电势(b)的影响Fig.1 Effect of different mass concentrations of Cu2+ on the output voltage (a) and anode potential (b) of microbial fuel cell

  

图2 不同质量浓度Cu2+对微生物燃料电池最大输出功率的影响Fig.2 Effect of different mass concentrations of Cu2+ on the maximum power density of MFCs

2.2 不同质量浓度Cu2+对微生物燃料电池最大功率密度的影响

如图2所示,未加入Cu2+时,微生物燃料电池的最大功率密度为 328.2 mW/m2。加入Cu2+后,微生物燃料电池的最大功率密度均有较大的增加。当Cu2+质量浓度为0~22.16 mg/L时,加入到阳极的Cu2+质量浓度与MFC的最大功率密度呈现较好的线性关系。当Cu2+质量浓度为 22.16~88.64 mg/L时,MFC的最大功率密度随加入到阳极的Cu2+质量浓度小幅度增长。当Cu2+质量浓度为 177.8 mg/L时,MFC的最大功率密度降到 446.9 mW/m2。这表明高质量浓度的Cu2+会影响MFC的最大功率密度。综上所述,当Cu2+质量浓度为 88.65 mg/L左右时,MFC的最大功率密度最大,达到 536.6 mW/m2

2.3 不同质量浓度Cu2+在微生物燃料电池阳极中的去除效果

在加入较低质量浓度Cu2+的反应器中,Cu2+的去除效率较高。如表2所示,在Cu2+质量浓度为5.54~88.64 mg/L时,反应组的去除率均大于95%,整体的去除效果随Cu2+质量浓度的增加而下降。当加入的Cu2+质量浓度达到 177.28 mg/L时,MFCs的去除率下降为 89.60%。推测其去除率下降的原因可能是高质量浓度Cu2+对微生物的毒性或是微生物吸附作用接近饱和。无微生物的对照组FC的去除率为30% ~ 55%。Cu2+质量浓度越高,FC组的去除率越小。推测其无微生物对照组的去除机理主要是微生物燃料电池的阳极、阳离子膜和反应器内壁的物理吸附。当Cu2+的质量浓度为 5.54~22.16 mg/L时,其出水Cu2+质量浓度均低于 0.5 mg/L,达到了我国污水综合排放标准(GB8978—1996)一级标准。

1.3.2 微生物燃料电池阳极中铜还原的实验 本文设计共进行2个批次,每个批次6个周期的实验。6个周期的Cu2+质量浓度梯度变化如表1所示,1个实验周期确定为48 h,前24 h运行反应器并记录电压与阳极电位,之后的24 h进行电化学测试、收集阳极出水以及更换阳/阴极液,并使电压恢复。全部实验周期共24 d(2批次,每批次6个周期,每个周期48 h),具体内容见表1。在第1个批次1至6周期实验中,MFC-0不加Cu2+仅记录输出电压及阳极电位变化;FC加入Cu2+但不培养微生物、MFC-1、MFC-2和MFC-3既加入Cu2+又培养微生物作为平行实验,在其阳极依次加入Cu2+溶液,质量浓度分别为 5.54、11.08、22.16、44.32、88.64、177.28 mg/L,同时记录输出电压及阳极电位变化(FC没有输出电压不做记录)。在每组实验结束时,取5 mL阳极和阴极出水作为样品保存,用来测定不同质量浓度Cu2+的去除率。第2批次重复1至6周期实验,用来考察Cu2+在微生物燃料电池中的分布。最后拆除反应器,取出阳极生物膜,对生物膜表面进行分析。

2.4 Cu2+的迁移与分布

(3) 89.24% 的Cu2+被生物膜吸附或还原,6.15% 的Cu2+沉积在阳极室底部,3.12% 的Cu2+附着在石墨阳极表面,只有极少量铜离子(小于 0.1%)迁移到了阴极。

 

2 MFCs阳极中铜离子的去除效果Table 2 Removal of concentration copper in the anode of MFCs

  

CopperionconcentrationofMFCsandFC/(mg·L-1)EffluentconcentrationofMFCs/(mg·L-1)EffluentconcentrationofFC/(mg·L-1)RemovalrateofMFCs/%RemovalrateofFC/%MicrobialrelatedremovalrateofMFCs/%5.540.072.5798.7053.6145.0911.080.336.2597.0443.5953.4522.160.1616.3499.2535.6263.6344.321.3927.0996.8638.8857.9888.644.0559.3695.4333.0362.40177.2818.49124.8189.6029.6060.00

  

图4 实验组和空白组生物膜表面的SEM-EDS分析Fig.4 SEM-EDS of the surface of biofilm

影响立体仓库稳定的主要因素是货架重心高度,两端式同轨双车运行模式较单台堆垛机独立作业模式在货架形式上相差不大,采用式(8)描述的上轻下重原则,目标函数可有效降低货架重心,提升结构稳定性。

2.5 生物膜表面分析

1.3.1 微生物燃料电池的运行 本实验共设计了5个反应器,分别命名为FC(无微生物加Cu2+空白对照组)、MFC-0(有微生物无Cu2+空白对照组)、MFC-1、MFC-2和MFC-3(3组有微生物加Cu2+平行实验组)。运行期间,阳极基质溶液24 h更换1次,阴极基质溶液3 d更换1次。所有操作在28~30 ℃下进行。运行期间外接电阻为500 Ω,维持MFC-0、MFC-1、MFC-2和MFC-3的输出电压为 0.5 V左右。

  

图3 Cu2+在微生物燃料电池中的质量分布Fig.3 Mass distribution of Cu2+existed in MFCs

由此可知,阳极微生物表面可以吸附并固定铜元素。

3 阳极生物膜上元素的质量分数和摩尔分数

Table 3 Element mass fraction and molar fraction on anodic biofilm of MFC

  

RectorsElementw/%x/%C58.1769.35N16.0716.42MFC⁃0O11.1710.00S2.361.47Cu12.232.76C28.6559.25N2.624.61MFCsO2.413.71S16.7712.99Cu49.5619.38

  

图5 生物膜表面铜元素的XPS图(a)和生物膜表面铜元素的俄歇电子峰图(b)Fig.5 XPS of Cu on biofilm in MFCs (a) and Auger Electron Peaks of Cu on biofilm in MFCs (b)

2.5.2 生物膜表面的XPS分析 X-射线光电子能谱分析(XPS)可以用来鉴别元素的化合价态。在微生物燃料电池实验组阳极生物膜表面中,铜元素种类的XPS分析如图5(a)所示。Cu 2p3/2的峰值决定铜元素的化合价[30]。Cu 2p3/2的拟合曲线可以区分3种价态的铜,分别为0价态的铜、1价态的铜和2价态的铜。933.58 eV的结合能峰值是Cu2+的标志,而 932.2 eV的结合能峰值则是Cu+或Cu0的标志。由峰面积可以计算出,Cu2+在生物膜表面总铜中所占质量分数为 36.44%,Cu+或Cu0在生物膜表面总铜中所占质量分数为63.56%。

在实验过程中,主要研究Cu2+质量浓度对微生物燃料电池输出电压、阳极电位、最大功率密度的影响;研究了不同质量浓度Cu2+在微生物燃料电池阳极的去除率。最后,将反应器拆除。MFC-1用来考察Cu2+的分布;MFC-2取出阳极生物膜用来对其表面进行分析表征;MFC-3继续运行备用。

为了使用上的方便,不使α为负值,文献[31]提出了修正的俄歇参数α′,α′=α+,即α′=EK,A+EB,P。在本次实验中:α′=+EB(Cu2p3/2)-EB(CuL3M45M45)=EB(Cu2p3/2)+EK(CuL3M45M45);式中为所用X射线光子能量,在本实验中为AlKα线,其光电子能量为 1 486.6 eV。式中第2个等号后2项分别表示Cu2p3/2光电子峰的结合能和CuL3M45M45的动能,其中,EK(CuL3M45M45)= -EK(CuLM2)。由图5(b)所示,EK(CuLM2)=569.1 eV,则EK(CuL3M45M45)=917.5 eV。由图5(a)所示,EB(Cu2p3/2)=932.2 eV。所以α′=EB (Cu2p3/2)+EK(CuL3M45M45)=1 849.7 eV。根据EB(Cu2p3/2)和EK(CuL3M45M45),参照有关标样的俄歇二维化学状态图数据,可以得出在实验组的微生物燃料电池生物膜表面同时存在Cu和Cu2O。

2.6 Cu2+在生物膜表面的还原机理及应用

由上述分析可知,通过微生物的还原作用,生物膜表面大部分的Cu2+(63.56%)被还原为Cu0和Cu+,具有一定的可回收价值。刘毅等[16]对电活性生物膜直接介导Cu2+的还原转化过程的机制进行了初步探究。研究人员采用循环伏安法(CV)来探究电活性生物膜介导Cu2+的还原过程时发现,Cu2+的还原电位高于生物膜上电活性物质的氧化峰电位,说明Cu2+在热力学上可以被生物膜上的电活性物质还原。Mathis等[32]的研究表明,电活性微生物可以通过膜结合氧化还原蛋白将电子传递给Cu2+。铜还原的过程为:电活性生物膜氧化乙酸产生电子,电活性生物膜上的微生物通过膜结合蛋白、纳米导线等方式将电子传递给Cu2+,将其还原成Cu+或者Cu0。其还原过程如图6所示。

  

图6 生物膜表面Cu2+还原过程Fig.6 Cu2+ reduction process on biofilm surface

通过测定实验组一个周期结束后出水的COD(缓冲溶液更换为对COD测定无影响的磷酸盐缓冲溶液50 mmol/L, pH=7.2),测得实验组的COD去除率为 39.02%,对COD有一定的去除效果。此外,由上述分析可知,36.44% 的Cu2+没有被还原,以二价形态吸附在生物膜表面。由SEM-EDS可以推测出微生物表面吸附了大量的Cu2+,因此可以推断出限制其还原能力的主要因素为生物膜表面积,接近生物膜表面的Cu2+可以被还原为Cu0和Cu+,而外层的Cu2+仅被吸附于表面,限制了其对Cu2+的还原。因此,需要定期通过振动等方式将外层吸附饱和生物膜剥离,促进新的生物膜生长,最大限度地还原Cu2+为Cu0和Cu+。同时,不断收集脱落的生物膜,脱水后在惰性气体的保护下进行炭化,从而回收到铜单质。综上所述,这一技术可以为有机废水中去除和回收重金属提供新的思路。

3 结 论

(1) Cu2+对微生物燃料电池的最低致毒浓度为 22.16 mg/L。当Cu2+质量浓度为 5.54~88.64 mg/L时,会使MFCs的最大功率密度增大,最高达到 536.6 mW/m2

药士配好了草药,交给青辰熬煮,又对女子身体上的外伤进行包扎。女子最重的伤势位于脖子侧面,那里血管密集,按理说,那样深的两道伤口,在没有得到及时救治的情况下,人是很难再活下来的。但女子似乎有着很强的自愈能力,不仅自行止住了血,青辰甚至发觉,她的伤口正在缓慢地愈合。

(2) 当Cu2+质量浓度为 5.54~88.64 mg/L时,Cu2+去除率大于95%。

经过2个批次6个周期运行后,通过1.4节中总铜的计算方法得到微生物燃料电池各部分含铜的总质量为 400.6 mg。图3示出了Cu2+在微生物燃料电池中的质量分布。其中,MFC-2被拆除用来考察铜元素的分布,大部分的铜元素(89.24%,质量分数,下同)被吸附或还原在生物膜上。阳极沉积物主要包括金属沉淀物和脱落的生物膜,约占总铜的 6.15%。石墨阳极表面有总量为 12.49 mg的铜元素,约占总铜的 3.12%。只有 0.71% 的铜元素吸附在阳离子交换膜上,0.60% 的铜元素吸附在反应器壁上。在阳极液中约有 0.18% 的铜元素,而在阴极液和石墨阴极上只含有极少量的铜,分别为 0.019 47 mg和 0.020 39 mg,均为总铜的 0.005% 左右。由此可知,Cu2+大部分被生物膜吸附或还原,也有一部分沉积在阳极室底部,还有一部分沉积在石墨阳极表面,只有极少量铜离子迁移到了阴极。

(4) 通过SEM-EDS、XPS分析得出Cu2+在微生物燃料电池的生物膜表面被还原为Cu+和Cu0。Cu2+在生物膜表面总铜中所占比例为 36.44%,Cu+和Cu0在生物膜表面总铜中所占的比例为 63.56%。

参考文献

[1] LOGAN B E, REGAN J M. Microbial fuel cells—challenges and applications[J]. Environmental Science & Technology, 2006, 40(17): 5172-5180.

两百多年前,一只好奇的喜鹊叼着一粒红色的果实,从西庄山隔河对岸的山上款款飞来,落在树上歇息,正欲大饱口福时,树下一只狐狸吼叫了一声,喜鹊受了惊吓,松开金口。那颗椭圆形红色的果实随之落到了地面,没有被吞到喜鹊那美丽花白羽毛覆盖着的肚皮中去。随后那颗红色的果实在一堆狐狸粪便旁边萌生,借着自身以及狐狸粪便的营养,我诞生了,从一棵小草般的嫩芽长到枝繁叶茂。现在的我已经有农村烧水用的水壶粗细,用行话说直径也有一尺开外吧,两层楼高的树干,使得我可以傲视山峦和丛林。更绝的是,我的分枝极有层次和分寸,九个分枝在不同的层次,朝不同的侧面展开,每个分枝上长满浓绿的叶子,就像九团绿云飘在空中。

[2] CHANG D M, ZHANG H Q, LU Z H, et al. Behavior of metal ions in microbial fuel cells[J]. Progress in Chemistry, 2014, 26(7): 1244-1254.

[3] WANG Z, LIM B, HUI L, et al. Cathodic reduction of Cu2+ and electric power eneration using a microbial fuel cell[J]. Bulletin-Korean Chemical Society, 2010, 31(31): 2025-2030.

[4] JIANG D, CURTIS M, TROOP E, et al. A pilot-scale study on utilizing multi-anode/cathode microbial fuel cells (MAC MFCs) to enhance the power production in wastewater treatment[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2011, 36(1): 876-884.

实验结果数据用±s表示,多组之间比较采用单因素方差分析,两组间比较采用Student t检验。P<0.05认为差异具有统计学意义。

[5] LEFEBVRE O, TAN Z, KHARKWAL S, et al. Effect of increasing anodic NaCl concentration on microbial fuel cell performance[J]. Bioresource Technology, 2012, 112(3): 336-340.

[6] FUENTES-ALBARRN C, RAZO A D, JUAREZ K, et al. Influence of NaCl, Na2SO4, and O2, on power generation from microbial fuel cells with non-catalyzed carbon electrodes and natural inocula[J]. Solar Energy, 2012, 86(4): 1099-1107.

由变频器驱动的电机,其电压和电流波形为非正弦波,电流谐波通过电枢反应对电机的电磁力波产生影响。其中5次、7次、11次、13次等谐波的作用尤为明显[7]。

[7] FITZGERALD L A, PETERSEN E R, GROSS B J, et al. Aggrandizing power output from Shewanella oneidensis MR-1 microbial fuel cells using calcium chloride[J]. Biosensors & Bioelectronics, 2012, 31(1): 492-499.

[8] WU D, XING D F, LU L, et al. Ferric iron enhances Electricity generation by Shewanella oneidensis MR-1 in MFCs[J]. Bioresource Technology, 2013, 135(2): 630-634.

[9] ZHANG J, ZHANG Y, QUAN X, et al. Effects of ferric iron on the anaerobic treatment and microbial biodiversity in a coupled microbial electrolysis cell (MEC): Anaerobic reactor[J]. Water Research, 2013, 47(15): 5719-5728.

刚入行的时候我就发现,没有必要融入进去。我倒不如做个村子里搜集信息的人,或者是来自火星、对一切都充满好奇的人。幸好,这世界上到处都是倾诉欲泛滥的人,他们都想把自己的故事告诉你,想把你不知道的东西告诉你。

[10] PARK D, ZEIKUS J. Impact of electrode composition on electricity generation in a single-compartment fuel cell using Shewanella putrefaciens[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2002, 59(1): 58-61.

[11] LI H, FENG Y, ZOU X, et al. Study on microbial reduction of vanadium matallurgical waste water[J]. Hydrometallurgy, 2009, 99(1): 13-17.

[12] KIM M, SIK H M, GADD G M, et al. A novel biomonitoring system using microbial fuel cells[J]. Journal of Environmental Monitoring Jem, 2007, 9(12): 1323-1331.

本实验采用混合菌株作为阳极微生物,其来源为箭牌糖类(上海)有限公司厌氧池污泥。污泥与阳极基质溶液以体积比为1∶4的比例混合于体积为1 L的储液罐中,阳极基质溶液在使用前通氮气 15 min 去除其中的溶解氧,将储液罐置于磁力搅拌器上,在500 r/min的转速下搅拌0.5 h,后静置 2 h,用上清液接种。接种液中加入 1.64 g/L的乙酸钠作为有机物。启动期间与运行期间,阳极基质的配方为:0.5 g/L NH4C1、0.1 g/L MgSO4、0.04 g/L CaC12、0.1 g/L KC1、1.0 g/L NaHCO3 和 1.0 mL/L微量元素,缓冲溶液选用25 mol/L的生物缓冲剂哌嗪-1,4-二乙磺酸(PIPES)(pH 7.2,25 ℃)[24];阴极基质的配方为:32.92 g/L K3[Fe(CN)6]、12.4 g/L Na2HPO4 ·12H2O和 2.4 g/L NaH2PO4·2H2O(pH 7.2,25 ℃)。启动期间,阳极基质溶液2 d更换1次,阴极基质溶液 7 d 更换1次。在启动未完成前,更换的阳极基质溶液含有菌株,在启动完成后,阳极基质溶液中不含菌株。阳极室中放有磁力转子,在六联磁力搅拌器(转速为200 r/min)上运行。所有的操作在28~30 ℃下进行。启动期间外接电阻为 1 000 Ω。

[14] WU R, LI C, CHEN L, et al. Effects of bio-Au nanoparticles on electrochemical activity of shewanella oneidensis wild type and ΔomcA/mtrC mutant[J]. Scientific Reports, 2013, 3: 3307.

[15] RIDDIN T L, GOVENDER Y, GERICKE M, et al. Two different hydrogenase enzymes from sulphate-reducing bacteria are responsible for the bioreductive mechanism of platinum into nanoparticles[J]. Enzyme and Microbial Technology, 2009, 45(4): 267-273.

[16] 刘毅, 周顺桂, 袁勇, 等. 电活性生物膜介导Cu2+生物还原的试验研究[J]. 环境科学, 2014, 35(4): 1384-1390.

[17] STEIN N E, HAMELERS H V M, BUISMAN C N J. Influence of membrane type, current and potential on the response to chemical toxicants of a microbial fuel cell based biosensor[J]. Sensors & Actuators B Chemical, 2012, 163(1): 1-7.

[18] ABOURACHED C, CATAL T, LIU H. Efficacy of single-chamber microbial fuel cells for removal of cadmium and zinc with simultaneous electricity production[J]. Water Research, 2014, 51(6): 228-233.

[19] GANG W, HUANG L, ZHANG Y. Cathodic reduction of hexavalent chromium [Cr(VI)] coupled with electricity generation in microbial fuel cells[J]. Biotechnology Letters, 2008, 30(11): 1959-1966.

[20] HEIJNE A T, LIU F, RV W, et al. Copper recovery combined with electricity production in a microbial fuel cell[J]. Environmental Science & Technology, 2010, 44(11): 4376-4381.

[21] CHOI C, CUI Y. Recovery of silver from wastewater coupled with power generation using a microbial fuel cell[J]. Bioresource Technology, 2012, 107(2): 522-527.

[22] CHOI C, HU N. The modeling of gold recovery from tetrachloroaurate wastewater using a microbial fuel cell[J]. Bioresource Technology, 2013, 133C(4): 589-598.

[23] WANG Z, LIM B, CHOI C. Removal of Hg2+ as an electron acceptor coupled with power generation using a microbial fuel cell[J]. Bioresource Technology, 2011, 102(10): 6304-6311.

[24] RABAEY I, OSSIEUR W, VERHAEGE M, et al. Continuous microbial fuel cells convert carbohydrates to electricity[J]. Water Science & Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research, 2005, 52(1/2): 515-523.

[25] OCHOA-HERRERA V, LEN G, BANIHANI Q, et al. Toxicity of copper(Ⅱ) ions to microorganisms in biological wastewater treatment systems[J]. Water Research, 2009, 43(13): 3177-3186.

本研究数据采用SPSS 17.0统计软件进行分析,满足正态分布和方差齐性的计量资料采用均数±标准差表示,组间差异比较采用单因素方差分析,两两比较采用LSD法;不满足正态分布的计量资料采用中位数(1/4位数,3/4位数)表示,组间差异比较采用秩和检验。计数资料采用例数(%)表示,组间差异比较采用卡方检验。以P<0.05设定差异具有统计学意义。

他呆在学校搞毕业创作,内容是一个坐在钢琴前的女人,表情呆滞,形象有些变形,脖子很粗,略带马蒂斯、毕加索的画风,色调灰暗,题目却叫《我们的生活比蜜甜》。

对数据进行KMO和Bartlett球形度检验,样本充分性KMO测试系数为0.964,大于0.7,样本的Bartlett球形检验的近似卡方值为20881.897,自由度为406,显著性为0,数据适合进行因子分析。再用SPSS对收回的有效问卷中的29个变量采取主成分分析法进行因子分析,旋转后的因子矩阵表明,各因子对应的载荷量除X1小于0.5,其余因子载荷量均大于0.5(如表2所示),对整体问卷进行了有效解释,方差累计量达到70%,符合预先设定的潜变量,以上说明数据具有较好的效度。

[26] ZHOU X H, TONG Y, SHI H C, et al. Temporal and spatial inhibitory effects of zinc and copper on wastewater biofilms from oxygen concentration profiles determined by microelectrodes[J]. Water research, 2011, 45(2): 953-961.

[27] PAMUKOGLU M Y, KARGI F. Copper(Ⅱ) ion toxicity in activated sludge processes as function of operating parameters[J]. Enzyme & Microbial Technology, 2007, 40(5): 1228-1233.

[28] PARK B K, JEONG S, KIM D, et al. Synthesis and size control of monodisperse copper nanoparticles by polyol method[J]. Journal of Colloid & Interface Science, 2007, 311(2): 417-424.

[29] YU C, ZENG H C. Manipulative synthesis of multipod frameworks for self-organization and self-amplification of Cu2O microcrystals[J]. Crystal Growth & Design, 2004, 4(2): 273-278.

长假期间,游客量远超过景区的接待承载量是政策经济的表现,无法完全依靠市场功能调节,起因是休假制度不合理[6]。制定合理的休假制度会解决“黄金周”游客过度集中出游的问题,制定合理的休假制度需旅游行业各利益相关主体共同协商。因游客、旅游营销者、旅游交通、员工、旅游代理商、旅游目的地居民和各参与地的政府等都有不同的诉求,最后,各方经过磋商所制定的政策要照顾到各方利益相关主体,实现游客流量全年较为均匀的目标。单位福利休假、员工轮流休假、各地域分时休假、带薪自主择时休假、积假等灵活的休假方式都是可选项。以此来缓解“黄金周”期间景区接待压力,为景区的持续平稳发展提供政策保障。

[30] CHENG S A, WANG B S, WANG Y H. Increasing efficiencies of microbial fuel cells for collaborative treatment of copper and organic wastewater by designing reactor and selecting operating parameters[J]. Bioresource Technology, 2013, 147(11): 332-337.

[31] MORETTI G, PORTA P. Auger parameter and chemical state plots for copper- and zinc-containing compounds: Charge distribution and screening effects[J]. Journal of Physics Condensed Matter, 1989, 1: 193-195.

[32] 建祺, 吴文辉, 冯大明. 电子能谱学引论[M].北京:国防工业出版社, 1992.

[33] MATHIS B J, MARSHALL C W, MILLIKEN C E, et al. Electricity generation by thermophilic microorganisms from marine sediment[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2008, 78(1): 147-155.

 
盖瑞哲,李锡龙,沈立业,晏驰,蔡兰坤,张乐华
《华东理工大学学报(自然科学版)》2018年第02期文献

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