偶氮染料污染已成為世界性問題，目前的處理方法很難達到預期的排放標準。微生物電化學系統(MESs)在脫色方面具有廣闊的應用前景，但其性能在很大程度上取決于微生物。電極改性是提高脫色性能的一種有效方法。然而，改性對微生物群落和脫色過程的影響機制尚不清楚。本文通過電沉積法制備了聚苯胺(PANI)和石墨烯改性陽極。從而得到了最高的脫色效率。具有PANI /石墨烯-改性電極(PG)的MESs的剛果紅(CR)脫色率在54 h達到90%。相比之下, 具有PANI-改性電極(P)的MESs的剛果紅(CR)脫色率和未改性的電極(C)的MESs的剛果紅(CR)脫色率只分別達到68%和79%。微生物群落分析結果顯示，在18 h時，PG(11%)中有大量嗜樹木甲烷短桿菌，是C(2%)中的5.5倍。這一現象可能與快速脫色有關。上調的代謝途徑包括精氨酸和脯氨酸代謝、嘌呤代謝、精氨酸生物合成和核黃素代謝，提供了更多的電子穿梭和氧化還原介質，促進細胞外電子轉移。因此，PG-改性電極通過改變一定的代謝途徑來促進其脫色。本研究有助于完善MESs在廢水處理中的潛在應用指南。
圖1. XPS光譜:(a)測量光譜;(b) PG的N1s反褶積譜;(c) PG的O1s反褶積譜。
圖2. PG、P和C中的(a)CR脫色率和(b)CR濃度。
圖3. 三種不同電極的MESs的電化學性能:(a)接種后的計時安培法;(b, c, d)添加CR后0 h、30 h、90 h時不同MESs的CV曲線。
圖4. 不同時間(0、6、18、42和90 h)陽極生物膜不同屬的微生物群落。
圖5. 與C相比，PG中的代謝途徑上調。圖中每個氣泡代表一個KEGG途徑。橫軸表示代謝產物在該途徑中的相對重要性，縱軸表示相關代謝產物在該途徑中的富集重要性。氣泡大小代表影響值，氣泡越大，表示路徑的重要性越大。不同的顏色代表p值的大小。
圖6. 受PANI/G改性電極主要影響的代謝途徑。紅色箭頭表示與C相比上調的代謝物，紅色框中的物質最終會上調。
相關研究成果由南開大學環境科學與工程學院、環境污染過程與基準教育部重點實驗室、天津市環境修復與污染防治重點實驗室Ruixiang Li等人于2021年發表在Journal of Hazardous Materials (https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126740)上。原文：Efficient decolorization of azo dye wastewater with polyaniline/graphene modified anode in microbial electrochemical systems。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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