一株Pseudomonas属细菌在电极表面还原降解偶氮染料的研究

来源 :第七届全国微生物资源学术暨国际微生物系统与分类学研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pangpanghai
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  本文在利用生物电化学系统对偶氮染料废水进行脱色处理的过程中,从阴极生物膜表面人工分离出6株Pseudomonas属细菌.对其中一株命名为WYZ-2纯菌的偶氮染料降解性能进行分析发现,在好氧环境中,该菌株不能发挥其偶氮染料脱色能力,但在厌氧环境中具有降解能力,说明该细菌内部存在厌氧偶氮还原酶类.进一步地分析WYZ-2在BES阴极表面的催化特征,当电极电位通过恒电位分别被极化在-0.36V,-0.56V与-0.76V的脱色性能被分析.在-0.36V的电极电位下,生物阴极经过72h的反应后,其脱色效率为34.7%,通过对比空白组,生物阴极的催化还原脱色的特性在-0.36V时并没有被凸显.分析其原因,通过对比生物电极在循环伏安扫描中发现的氧化还原酶酶类,工作电极的极化电位要高于氧化还原酶类的中间电位,而电子的传递是由低电位向高电位进行传递,所以推测从电极传递到染料分子中,电极生物膜表面的氧化还原酶类并没有处于在电子的传递过程中,所以导致生物电极与非生物电极的脱色效率基本相近.在对电极脱色的电流效率的分析中发现,在-0.36V的极化电位下,非生物电极的电流效率接近100%,说明了电极表面的电子完全用于了染料分子的还原脱色.而同样的是极化在-0.36V的电位下,生物阴极的电流效率为91.8%,没有达到100%说明有很少一部分电子没有用于染料分子的脱色中,考虑到在-0.36V的电位下并没有达到理论的析氢电位,所以电极表面根本不可能存在析氢反应,所以最有可能的途径是电子从电极释放出来之后,传递至WYZ-2细胞膜进而被利用去维持自身的新陈代谢.当极化电位降低至-0.56 V时,生物电极的电流效率降低至41.1%,虽然此时WYZ-2膜表面的传导电子的氧化还原酶类发挥着催化电子传递的作用,但是电流的单纯增加并没有增加电流效率,反而降低了电流效率,因为此时-0.56V的电位已经能够产生析氢反应,氢离子的介入导致了一部分电子流向析氢途径,同样的析氢反应也可能发生在非生物电极中,因为其电流效率在-0.56V的电位下降低至26.8%,也就是说有73.2%的电子被析氢途径所取代,而生物阴极此时最多有58.9%的电子进行析氢途径,这也是生物电极的脱色效率要高于非生物电极的另一个重要的原因.当电位继续下降至-0.76V时,这种趋势愈发明显.基于上述研究表明,该菌株在阴极表面可以加速催化偶氮污染物的还原降解,但是过高的电极电位不能发挥其催化脱色的特性,其电化学活性的发挥需求较低的电极电位;过低的电极电位虽然有助于偶氮染料脱色效率和电流密度的提高,但是由于可能的析氢副反应导致脱色的电流效率也明显随着电位的降低而降低.
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