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目前,难降解有机污染物造成的水污染问题相当严峻。醌介体可显著提高这类污染物的厌氧生物转化速率,但溶解态醌在实际应用中会随出水流失造成二次污染和成本增加。为实现醌介体的应用,已有多种醌类化合物的固定化技术被开发,然而,固定化醌的长期催化稳定性仍有待考察。此外,固定化醌与微生物、其它电子媒介体的相互作用影响也尚未阐明。基于此,本文以偶氮染料作为目标污染物,研究了蒽醌-2-磺酸修饰的聚氨酯泡沫（AQS-PUF）催化性能的稳定性及对微生物群落的影响;制备了 AQS和还原氧化石墨烯（rGO）共修饰的PUF,并分析了 AQS和rGO共同介导的胞外电子传递过程;揭示了 AQS与rGO之间的协同作用机理以及微生物与固定化醌之间的相互作用关系,为固定化醌在难降解有机污染物生物处理中的应用提供了理论基础。将AQS-PUF固定于厌氧生物反应器中,研究了高盐条件下AQS-PUF对活性艳红K-2G（RR K-2G）生物脱色的催化性能和稳定性。结果表明,当进水RR K-2G浓度为50 mg·L-1时,内置AQS-PUF的反应器（R1）的脱色率达到93.8%,比内置PUF的反应器提高近50%,并且R1在75 d的连续运行中能够维持85%以上的脱色率。R1在50-400 mg·L-1 RRK-2G浓度范围内均保持较高的脱色效率,表现出良好的稳定性和抗冲击负荷能力。液相色谱分析表明,RRK-2G脱色产物为偶氮键断裂生成的芳香胺。群落结构分析表明,AQS-PUF的加入提高了反应器内具有醌还原能力微生物的丰度。经过75 d连续使用的AQS-PUF催化性能仅降低了不足9%,表明AQS-PUF具有潜在的应用价值。从R1中筛选出一株具有醌还原能力的兼性厌氧菌用于后续研究,经16S rDNA鉴定后将其命名为Shewanella sp.RQs-106。通过将AQS和rGO共同固定到聚氨酯泡沫上制备了 AQS-rGO-PUF,研究了该材料介导下菌株RQs-106对酸性红18（AR 18）厌氧生物脱色过程。结果表明,当固定化AQS浓度为50 μM且rGO浓度为1.63 mg·L-1时,AQS-rGO-PUF介导的AR 18脱色的一阶速率常数（k,0.53 h-1）高于AQS-PUF（0.35 h-1）和rGO-PUF（0.10 h-1）介导的AR 18脱色的k值之和,此时AQS和rGO之间存在显著的协同效应。协同效应主要是由rGO引起的额外电子传递路径所产生,其对AQS-rGO-PUF介导的AR 18脱色贡献约为33.5%。并且固定化AQS诱导菌株RQs-106分泌的黄素能够增强上述协同效应。液质分析表明,菌株RQs-106在厌氧条件下可将AR 18的偶氮键断裂生成相应的芳香胺。由于聚氨酯泡沫（PUF）固定氧化石墨烯（GO）的量有限,仅有5.5 mg·g-1,因此在无PUF条件下,研究了 0-40 mg·L-1 GO的生物还原条件,以及rGO与AQS之间的协同效应。结果表明,GO还原的最适条件为pH=7.5,温度为30℃,且10 μM的AQS能够显著加快GO的还原速率。当GO（10 mg·L-1）与菌量（50 mg·L-1）的比值为0.2时,GO经过24 h还原后,可使AR 18的生物脱色速率提高10.5倍。还原后的GO与菌株RQs-106相结合,通过增强菌株RQs-106的直接电子传递能力（电导率提高70.9%）以及脱氢酶活性（提高61.6%）,来提升菌株RQs-106对AQS和AR 18的还原能力,从而在AR 18的生物脱色过程中使AQS与rGO之间形成协同效应。研究了菌株RQs-106分泌的黄素对AQS-PUF介导的AR18脱色以及GO还原的影响。结果表明,在AQS-PUF介导的AR 18脱色过程中,胞外黄素分泌量与固定化醌浓度（0-100 μM）以及AR 18脱色率呈正相关。100 μM固定化醌可提升黄素分泌量约10.4 nM（13.3%）,黄素总量提高约22.9 nM（27.0%）。通过敲除黄素腺嘌呤二核苷酸外排基因使得菌株RQs-106减少分泌约60%的黄素,黄素分泌量的降低对菌株RQs-106脱色AR 18的影响不大,但使菌株对AQS-PUF的还原能力降低了 41.7%,进而导致AQS-PUF介导的AR 18生物脱色速率降低了 19.6%。此外,胞外黄素类物质能够参与到生物非直接接触的GO还原过程,黄素分泌量的减少导致GO非接触还原程度降低。