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微生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES)是一种新型的使用微生物来催化阳极和阴极反应的技术,不仅可以用于污染物的去除,而且能够生产具有高附加值的燃料和化学品。拓展BES在生物电合成方面的应用一直是研究的热点。本论文首先研究了 BES还原一氧化碳产甲烷的可行性和机理,其次探究了阴极改性强化BES制备过氧化氢的可行性及机制。本文的研究内容和主要结论如下:1、构建了基于混菌生物阴极的BES,研究了不同阴极电势对混菌生物阴极CO的转化和甲烷产生过程的影响规律,并初步解析了可能的机制。研究发现,随着阴极电势的降低,产甲烷量从0.142±0.009 mmol增加到1.410±0.077 mmol,产甲烷速率从 0.0011±0.0001mmolh-1 增加到 0.0110±0.0007mmolh-1。机理研究表明,微生物可以直接利用阴极的电子还原一氧化碳产甲烷或者间接利用氢气与一氧化碳反应生成甲烷。当微生物在碳毡表面形成稳定的生物膜时,循环伏安扫描出现了明显的氧化还原峰,且电化学阻抗谱显示传荷阻抗得到了明显的降低,表明微生物电解池阴极微生物的附着有利于电子的传递过程。种群分析显示,微生物Hydrogenotrophic Methanobacterium是阴极中主要的古菌,含量为26.75%,它不仅是氢气的利用者也是微生物中重要的电子捕获者。2、利用循环伏安法电聚合蒽醌-2,6-磺酸钠(AQDS)、中性红(NR)和核黄素(RF)掺杂的聚吡咯膜修饰到碳纸电极表面,制备BES阴极电极材料。分别用循环伏安法和计时电流法研究改性电极的电化学性质及其对氧气扩散的影响。且探究了不同改性电极材料在BES中做阴极还原氧气产过氧化氢的可行性。研究表明,扫描圈数越多时,改性电极的电催化活性越高且越有利于氧气在电极表面的扩散并进一步还原为过氧化氢。改性电极材料作为微生物电解池阴极电极材料时,均提高了过氧化氢的累积量,且AQDS-20掺杂时对过氧化氢的产生促进效果最佳。当阴极初始pH为酸性时,产生的过氧化氢量最多,中性条件下次之,碱性条件下最少。