挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOCs）是大气污染物的重要前体物之一。甲苯在石油化工,涂装印染和化学制药等行业中被广泛应用,同时因其臭氧和二次有机气溶胶生成潜势较大,是一种具有代表性的污染物。近年来,生物法被国内外广泛应用于VOCs处理中,其中,甲苯经生物降解后产生的电子在细胞内的累积是影响去除效率的关键因素。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）可以提高生物电子向细胞外传导的速率,从而增强微生物对甲苯的摄取和降解能力。MFC的阳极作为微生物的载体,起到接收和传递生物电子的作用,是关键的组成部分。而碳纳米管（Carbon Nanotubes,CNTs）能够穿透细胞膜结构,促进电子转移,是MFC阳极材料的理想选择,但CNTs难以形成三维结构。为利用CNTs电极增强生物电子从微生物至电极间的传导过程,本文利用简单的冷冻干燥法将超顺排碳纳米管（Super-aglined Carbon Nanotube,SACNT）制成SACNT海绵电极,为VOCs降解产生的电子提供有效的直接电子传递通道,同时通过电子转移中间体的引入,提升了微生物和电极间的间接电子传递过程,从而实现了 MFC降解甲苯过程中电子传递的高效强化,并从不同角度研究了SACNT增强电子转移的机理。具体研究结果如下:以SACNT海绵结构生物电极为阳极构建了 MFC,在去除甲苯废气的同时对外发电。序批式挂膜期间,在最大甲苯进样浓度（10.34g/m3）下,SACNT-MFC电流密度峰值为0.80A/m2,约是同浓度下C-MFC电流密度峰值（0.41 A/m2）的1.94倍,功率密度峰值为0.384W/m2,约是同浓度下C-MFC功率密度峰值（0.113 W/m2）的3.39倍。当甲苯废气连续进样时,SACNT-MFC在不同浓度下的去除效率和输出电压均高于C-MFC。SACNT-MFC的最大库伦效率可达到3.51%,是C-MFC的1.6倍。此外,SACNT有微米级别的大孔,BET比表面积为92.62 m2/g,适合微生物生长和繁殖。SACNT生物电极上负载的生物量为碳纸生物电极的3倍以上,其中的生物膜会形成羟基增强亲水性及对液相中甲苯的摄取能力。伏安曲线的结果表明SACNT可以丰富电子传递方式,强化电子传递过程。研究了增强MFC系统间接电子传递的方法及机理,并做电子传递动力学模拟。向阳极室添加内源性电子转移中间体绿脓菌素基本不影响MFC对甲苯的去除效率,且能明显增强SACNT-MFC的输出电压,是更好的强化SACNT-MFC间接电子转移的手段。添加1 mg/L绿脓菌素后,SACNT-MFC的表观内阻在4000 mg/m3甲苯进样时下降了 46.7%。Monod模型拟合结果显示C-MFC的最大电流密度（IAmax）为0.865A/m2,半饱和常数（Ks）为1252mg/m3,SACNT-MFC的最大电流密度（IAmax）为0.954A/m2,半饱和常数（Ks）为514.33mg/m3。SACNT-MFC较低的半饱和常数表明系统中微生物与甲苯的亲和度更高,甲苯分子更容易进入生物细胞内。通过高通量测序,利用生物统计分析和基因功能注释从微生物层面研究了SANCT海绵结构生物电极强化MFC性能的机理。MFC的构建,甲苯的进样方式和浓度均会影响菌群分布。经过35天连续的甲苯废气进样后,SACNT-MFC中菌种的分布更均匀,且电化学活性菌占比更高。相比于碳纸生物电极,SACNT生物电极可以提升物种的多样性,提高MFC体系的稳定程度,更有利于系统实现长期高效稳定的运行。基因功能注释的结果显示:SACNT-MFC挂膜结束后,外膜受体蛋白含量高于C-MFC和原始菌群,且连续运行35天后参与泛醌/甲基萘醌生物合成的甲基化酶的含量远高于C-MFC,为SACNT生物电极强化生物与电极间的直接电子传递和间接电子传递提供了生物层面的证据。