微生物電化學原理與應用

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《微生物電化學原理與應用》，馮玉傑 等 著，出版社： 科學出版社。

內容簡介

本書全面介紹了微生物電化學相關理論與技術，綜合論述了微生物電化學技術在環境科學與工程領域的研究進展，系統總結了哈爾濱工業大學研究團隊在該領域近 20 年的研究成果。全書分為生物學原理與機制、電化學界面、功能拓展、系統構建四部分，共 12 章。全書從電能生物膜構建、功能材料與界面反應過程、微生物電化學系統中污染物轉化及能源化、水處理微生物電化學系統設計與放大、土壤修復系統設計與效能評估等方面使讀者深入了解微生物電化學理論與技術。

目錄

序

前言

第1章微生物電化學系統導論

1.1微生物電化學系統基本原理

1.21.2MES研究與發展現狀

1.3MES結構特點和限制因素

1.4MES研究與分析方法

1.4.1水質分析

1.4.2電化學分析

1.4.3材料學分析

1.4.4生物學分析

1.4.5計算方法

1.5小結

參考文獻

第2章電化學活性微生物胞外電子傳遞過程與調控

2.1電化學活性微生物概述

2.1.1陽極電化學活性微生物

2.1.2陰極電化學活性微生物

2.1.3電化學活性微生物的分離與鑑定方法

2.2胞內呼吸鏈的電子傳遞過程

2.3胞外電子傳遞機理

2.3.1依靠細胞色素的直接電子傳遞

2.3.2通過「納米導線」的直接電子傳遞

2.3.3通過電子穿梭體進行的間接電子傳遞

2.4微生物/電極間電子傳遞過程及調控微生物電化學原理與應用

2.4.1電極電勢調控微生物/電極間電子傳遞過程

2.4.2電極修飾強化微生物/電極間電子傳遞過程

2.4.3MWCNT強化微生物/電極間電子傳遞過程

2.4.4碳量子點強化微生物/電極間電子傳遞過程

2.5種間電子傳遞過程強化

2.5.1微生物種間電子傳遞過程強化

2.5.2MWCNT強化種間電子傳遞過程

2.5.3活性污泥生物炭強化種間電子傳遞過程

2.6小結

參考文獻

第3章微生物電化學系統陽極材料

3.1MES系統陽極材料選擇原則

3.1.1陽極材料的生物相容性

3.1.2陽極材料的導電性

3.1.3陽極材料的成本分析

3.2金屬陽極材料

3.3碳基體陽極材料

3.3.1平面碳基體材料

3.3.2立體碳材料

3.3.3三維蜂巢結構陽極材料

3.4陽極材料的預處理及表面修飾

3.4.1陽極材料的預處理

3.4.2陽極材料的表面修飾

3.5納米陽極材料

3.5.1碳納米陽極材料

3.5.2納米聚合物和納米金屬修飾陽極材料

3.6本章小結

參考文獻

第4章微生物電化學系統陰極材料

4.1氧還原陰極結構與影響因素

4.1.1陰極結構及製備方法

4.1.2催化層

4.1.3集流體

4.1.4基體層

4.1.5擴散層

4.2高電容碳氧還原催化劑

4.2.1高電容碳粉陰極的MFC性能

4.2.2高電容碳粉與Pt/C混合的催化效果

4.2.3高電容陰極與Pt/C陰極的對比

4.3摻氮碳粉氧還原催化劑

4.3.1摻氮碳粉氧還原催化劑的製備

4.3.2摻氮碳粉催化活性影響因素

4.3.3摻氮碳粉氧還原催化劑的穩定性研究

4.4氮/微量鐵共摻雜碳催化劑

4.4.1氮/微量鐵共摻雜碳催化劑的微觀結構和組成

4.4.2氮/微量鐵共摻雜碳催化劑的氧還原催化活性

4.4.3氮/微量鐵共摻雜碳催化劑在MFC中的產能活性

4.5輥壓活性炭空氣陰極製備及效能研究

4.5.1輥壓活性炭空氣陰極的製備方法

4.5.2輥壓陰極結構優化與氧還原效能

4.5.3輥壓活性炭空氣陰極長期運行穩定性

4.6輥壓活性炭空氣陰極催化層孔隙結構優化

4.6.1催化層孔隙結構調控與製備

4.6.2催化層孔隙結構對陰極氧還原效能的影響

4.6.3不同孔隙結構陰極MFC產電性能評價

4.6.4多孔電極穩定性能評價

4.7小結

參考文獻

第5章生物陰極MES與效能分析

5.1生物陰極研究進展

5.1.1生物陰極的概念

5.1.2生物陰極MES研究進展

5.2生物陰極類型

5.2.1氧還原生物陰極

5.2.2無機鹽呼吸型生物陰極

5.2.3重金屬還原生物陰極

5.2.4生物合成型生物陰極

5.3氧還原生物陰極氧氣利用效率研究

5.3.1生物陰極氧氣利用效率

5.3.2陰極載體疏水化處理提高氧氣利用率

5.4硝化型生物陰極系統構建與效能

5.4.1硝化型生物陰極的啟動

5.4.2硝化型生物陰極的電化學特性

5.4.3硝化型生物陰極的氧還原反應和硝化反應

5.5總結

參考文獻

第6章有機物在微生物電化學系統內轉化與過程分析

6.1單一有機物在MFC中的轉化

6.1.1葡萄糖在MFC中的轉化過程分析

6.1.2五碳糖為底物的產電過程

6.1.3氨基酸在MFC中的轉化

6.1.4呼吸鏈抑制劑對微生物燃料電池中底物轉化的影響

6.2生活污水在MFC中的降解轉化

6.2.1生活污水MFC啟動

6.2.2生活污水MFC電化學特性

6.2.3COD去除效率及庫侖效率

6.3啤酒廢水在微生物燃料電池中降解及產電

6.3.1立方體MFC的接種和啟動

6.3.2溫度對啤酒廢水MFC性能的影響規律

6.3.3啤酒廢水濃度對MFC性能的影響規律

6.3.4緩衝液強度對啤酒廢水MFC性能的影響規律

6.4秸稈纖維素類物質在瓶式MFC中的降解與轉化過程分析

6.4.1纖維素降解菌在MFC中轉化秸稈產電的可行性分析

6.4.2纖維素降解菌與產電菌聯合對秸稈類纖維素轉化

6.4.3H-C與產電菌聯合固體秸稈轉化過程分析

6.5秸稈青儲液在MFC中的轉化

6.5.1青貯秸稈水洗液為底物的反應器性能

6.5.2青貯秸稈直接為底物的反應器產電能力

6.6尿液在微生物電化學系統中降解及產電

6.6.1水解尿液中高氨氮對MFC性能的影響

6.6.2MFC與氮氣吹脫組合去除尿液水解產生的氨氮

6.7小結

參考文獻

第7章微生物電化學脫鹽池

7.1微生物脫鹽研究進展

7.2微生物脫鹽池系統簡介

7.2.1普通三室MDC反應器

7.2.2堆棧式MDC反應器

7.3影響MDC性能的關鍵因素

7.3.1pH及鹽度變化對MDC性能的影響

7.3.2離子交換膜的膜污染問題

7.3.3反應器內阻對MDC性能的影響

7.4微生物脫鹽燃料電池構型發展

7.4.1內循環rMDC反應器

7.4.2連續流MDC反應器的構建

7.4.3微生物電容脫鹽燃料電池

7.4.4微生物脫鹽燃料電池與電去離子技術耦合

7.4.5微生物脫鹽池與正滲透的耦合

7.4.6微生物脫鹽池與微生物電解池的耦合

7.4.7微生物脫鹽池與電滲析的耦合

7.5MDC功能擴展去除水中重金屬

7.6MDC系統放大

7.7小結

參考文獻

第8章應用MES技術的資源/能源回收

8.1基於MES原理的廢水處理產氫

8.1.1MES產氫原理

8.1.2MES產氫底物研究與發展現狀

8.2基於MES原理的產甲烷過程

8.2.1MES產甲烷研究與發展現狀

8.2.2MES產甲烷系統關鍵影響因素

8.3電能原位利用回收水中單質硫

8.3.1兩段式硫回收MEC

8.3.2MEC零能耗的硫化物去除及單質硫回收

8.4微生物電化學系統碳捕獲實現CO2固定

8.4.1微生物碳捕獲電池技術用於CO2捕獲原理與進展

8.4.2微生物反向電滲析電解池用於CO2還原研究進展

8.5基於MES原理的重金屬回收

8.5.1微生物電化學重金屬電沉積系統

8.5.2微生物電化學重金屬沉澱系統

8.6小結

參考文獻

第9章水處理微生物電化學系統構建與效能

9.1用於水處理的MES研究進展

9.1.1水處理微生物電化學系統基本構型

9.1.2與膜生物反應器耦合微生物電化學系統

9.1.3與厭氧反應器耦合微生物電化學系統

9.2折流板微生物電化學系統(ABMES)

9.2.1ABMES系統的設計與構建

9.2.2ABMES系統的馴化與工藝運行影響因素

9.2.3ABMES系統實際廢水處理效能

9.3連續攪拌微生物電化學系統(CSMES)

9.3.1CSMES系統設計與構建

9.3.2CSMES接種與啟動

9.3.3CSMES影響因素與效能

9.3.4CSMES處理啤酒廢水效能研究

9.3.5CSMES微生物群落解析

9.4微生物太陽能電化學系統設計與效能

9.4.1光合作用在微生物電化學系統陽極的應用

9.4.2光合作用在微生物電化學系統陰極的應用

9.4.3光催化材料在微生物電化學系統中的應用

9.5能量自持運行系統設計與運行

9.5.1污水中蘊含能量分析

9.5.2基於自持能量運行的污水處理系統研究進展

9.5.3能量存儲方式與電路設計

9.5.4系統運行影響因素

9.6小結

參考文獻

第10章系統放大關鍵技術與放大系統運行效能

10.1微生物電化學系統構型進展和演化

10.1.1H型構型

10.1.2水平分層構型

10.1.3管狀構型

10.1.4平板式構型

10.2現有構型的放大潛力和缺陷分析

10.2.1「H」構型

10.2.2水平分層結構

10.2.3管狀構型

10.2.4平板式構型

10.3大型化系統標準化的評價方法

10.3.1能量效率和庫侖效率

10.3.2MES作為產能單元的其他評價參數

10.4平推流平板式MES的構建與運行

10.4.1平推流放大系統的結構設計

10.4.2SHMES的能量輸出性能

10.4.3SHMES污染物去除性能

10.4.4尺寸效應和放大化MES的基本特徵

10.4.5大型化過程中影響因素總結

10.5電極分置的插入式MES構建和運行

10.5.1電極分置的插入式構型設計

10.5.2單模塊系統的接種和馴化

10.5.3支撐體結構對空氣陰極性能的影響

10.5.4單模塊系統污水處理和能量回收性能

10.5.5插入式構型對比優勢和能量輸出性能評價

10.6多模塊插入式MES構建和運行

10.6.1多模塊堆棧系統、聯接模式和電極組合形式設計

10.6.2多模塊堆棧系統運行和模塊間聯接方式

10.6.3聯接模式對污水處理性能的影響

10.6.4聯接模式和電極組合方式對系統能量輸出性能的影響

10.6.5電極組合方式對陽極電子傳遞性能的影響

10.6.6多模塊MES堆棧系統最優運行模式

10.7小結

參考文獻

第11章沉積物微生物電化學系統與效能

11.1水環境水生態主要修復技術

11.1.1物理/化學修復法

11.1.2生物修復法

11.2沉積物微生物電化學系統結構與發展

11.2.1沉積物微生物電化學系統分類

11.2.2提高SMES效能的方法

11.3空氣陰極SMES系統構建及水體/沉積物修復效能

11.3.1空氣陰極SMES水體修復效能

11.3.2空氣陰極SMES系統水體/沉積物修復效能

11.4生物陰極SMES系統構建及水體/沉積物修復效能

11.4.1生物陰極SMES系統構建

11.4.2生物陰極沉積物微生物電化學系統效能

11.4.3生物陰極SMES污染物去除效能

11.5沉水植物耦合沉積物微生物電化學系統與效能

11.5.1沉水植物強化電化學性能

11.5.2沉水植物強化污染物去除轉化

11.5.3沉水植物強化微生物富集

11.6挺水植物耦合沉積物微生物電化學系統效能

11.6.1系統構建

11.6.2植物PBES運行效能

11.6.3中試放大系統及實際污水處理效能

11.7總結

參考文獻

第12章有機污染土壤修復及效能分析