微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。由于其具有将底物直接转化为能量、常温运行、低能耗输入及无废气产出等优点,近些年来一直受到电化学领域有关研究人员的青睐。利用附着在阴极上的微生物作为催化剂,将其驯化成为自养型反硝化生物阴极,可用于地下水中高氯酸盐、硝酸盐的还原。具有生物阴极的微生物燃料电池既能有效地生物还原污染物,同时又有电能的产生,这一点正贴合目前环保型社会发展的要求。高氯酸盐和硝酸盐都是地下水中最为常见的含氧无机盐阴离子,而且常常相互依存。本研究通过搭建微生物燃料电池、驯化与筛选微生物、选择与优化电极材料和电极距离等一系列预实验,最终选择体积为230mL阴极室、培养了 132天的反硝化菌、碳毡电极(3.0 cm×2.0 cm×0.3 cm)及3cm的电极间距等作为微生物燃料电池的启动条件。在正式实验中,经过驯化的自养型反硝化生物阴极被用于硝酸盐或(和)高氯酸盐的还原,同时系统中有稳定的电流产生。实验结果表明:阴极底物为单独高氯酸盐或硝酸盐时,电流密度分别稳定在3.00和1.52 mA/m3,此时两者的去除率分别为53.14%和87.05%。但当进水中NO3-/ClO4-(摩尔比)为1:1时,稳定电流密度达到了峰值(3.10 A/m3),此时混合底物整体的去除率也达到了最大(ClO4-40.97%,NO3-86.03%)。开路和闭路对照实验证明了硝酸盐和高氯酸盐的去除主要由自养型反硝化生物阴极的生物还原作用实现的。循环伏安法实验证明了所有的生物阴极都有很强的电化学活性,在不同的底物下,它们氧化还原,电势的差别微乎其微。16SrRNA实验结果表明:在自养型反硝化生物阴极中,环境中很常见的脱氮菌β-Proteobacteria是优势菌落。