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摘 要

在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的固定化培养的反应过程中，固定化载体材料的电化学性质不同对菌种反应速度影响不同。本课题以碳毡作为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的固定化载体材料，分别通过用聚苯胺和氧化石墨烯两种导电材料对碳毡进行改性，探究聚苯胺和氧化石墨烯对碳毡改性后所产生的影响。并探究得到的改性材料是否能够通过提高材料的电化学性质以提高固定化氧化亚铁硫杆菌的反应效率。再通过改性材料对游离状态的氧化硫杆菌氧化亚铁离子的影响进行进一步验证。

通过设计正交试验，控制单因素变量，仅改变改性用的材料进行试验；通过改变碳毡的电化学性质对其进行表征，包括导电性和电阻，得到电阻的大小顺序为PANI/GO-CF＜PANI-CF＜GO-CF；对氧化亚铁硫杆菌的反应效率通过其对Fe² 的反应效率进行表征，发现改性后的碳毡电化学性质得到改善，聚苯胺对氧化亚铁硫杆菌Fe² 的氧化有明显的抑制作用，而氧化石墨烯对Fe² 的氧化效率提升显著。游离状态的氧化亚铁硫杆菌实验结果与固定化培养的结果一致。说明了聚苯胺具有一定的毒性。

关键词：聚苯胺 氧化石墨烯 改性碳毡 氧化亚铁硫杆菌

Effect of Polyaniline and Graphene Oxide Modified Carbon Felt on Immobilized Thiobacillus ferrooxidans

Abstract

In the process of immobilized culture of acidophilic thiobacillus ferrooxidans, the electrochemical properties of the immobilized carrier materials have different effects on the reaction speed of the strains. This project uses carbon felt as an immobilized carrier material for acidophilic thiobacillus ferrooxidans. The effects of polyaniline and graphene oxide on the modification of carbon felt were studied by modifying the carbon felt with two conductive materials, polyaniline and graphene oxide, respectively. And whether the modified material obtained can improve the reaction efficiency of immobilized Thiobacillus ferrooxidans by improving the electrochemical properties of the material. The effect of the modified material on the ferrous oxide oxidized thiobacillus in the free state was further verified.

By designing orthogonal tests, controlling single-factor variables and changing only the materials used for the modification; Characterize the material through the electrochemical properties of the modified material, which mainly include conductivity and resistance.The order of resistance obtained is PANI/GO-CFlt;PANI-CFlt;GO-CF; The reaction efficiency of Thiobacillus ferrooxidans is characterized by its reaction efficiency to Fe² . It was found that the electrochemical properties of the modified carbon felt were improved, polyaniline significantly inhibited the oxidation of Fe² , and the oxidation efficiency of graphene oxide to Fe² increased significantly. The results of the free state of Thiobacillus ferrooxidans are consistent with those of the immobilized culture. It shows that polyaniline has certain toxicity.

Key words: Polyaniline; Graphene oxide; Modified carbon felt; Thiobacillus ferrooxidans

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 嗜酸性氧化亚铁硫杆菌 1

1.1.1二氧化碳的固定 1

1.1.2二价铁的氧化

1.1.3 对无机硫化物的氧化作用

1.2 石墨烯/聚苯胺复合材料 3

1.2.1 氧化石墨烯 3

1.2.2 聚苯胺与氧化石墨烯的复合 4

1.3 微生物固定方法的选择 4

1.3.1 固定微生物技术 4

1.3.2 固定化载体的选择 5

1.4课题研究意义、内容及路径

1.4.1 研究意义及目的

1.4.2 研究内容 5

1.4.3 实验路线

第二章 实验部分 8

2.1 实验材料及仪器

2.1.1 实验材料 8

2.1.2 培养基配方 8

2.1.3 实验试剂

2.1.4 实验仪器

2.2 实验方法 10

2.2.1 邻菲罗啉比色法测定亚铁离子 10

2.2.2 种子液的培养

2.2.3 碳毡的修饰

2.2.4 氧化亚铁硫杆菌的挂膜培养和1L反应器的运行参数 11

2.2.5 不同修饰方法修饰碳毡对固定化方法硫杆菌反应速度的影响 12

2.2.6 聚苯胺与氧化石墨烯对游离状态氧化亚铁硫杆菌生长的影响 12

2.2.7 碳毡固定化A.ferrooxidans的抗剪切能力的检测 13

第三章 结果与讨论 14

3.1 聚苯胺与氧化石墨烯修饰碳毡的电化学特性

3.2 生物挂膜反应器中微生物的活性变化

3.3 修饰碳毡与普通碳毡固定化A.ferrooxidans后的活性研究

3.4 聚苯胺与氧化石墨烯对游离A.ferrooxidans菌生长的影响

3.4 不同碳毡的抗剪切

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 20

致谢 23

1. 文献综述

1.1 嗜酸性氧化亚铁硫杆菌

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌利用铁的氧化作为同化CO₂和生长所需要的能源,把二价铁Fe² 氧化成三价铁Fe³ 可以提供维持其生长所需要的一切能量。这类细菌需要在低pH值条件下生长,通常对溶液中的金属离子表现出较强的耐力。除了能氧化Fe² 外,这类细菌还能氧化无机硫化物,在以前的文献中出现的氧化亚铁铁杆菌和氧化硫铁杆菌均属此类。由于氧化亚铁硫杆菌这种超强的适应性，所以经常被应用在工业上处理硫矿石。

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