硫氮比对MFC生物脱氮脱硫和产电的影响

文章以硫化钠(Na 2S)溶液为阳极模拟废水,以硝酸钾(KNO 3)溶液为阴极模拟废水,在阴、阳极室分别接种活性污泥菌群,构建双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),考察不同硫元素与氮元素的质量比(简称“硫氮比”)对生物脱氮除硫与产电性能的影响。实验结果表明:当硫氮比为5∶5时,系统中脱氮、除硫与产电性能最佳,阴极室的硝酸盐出口液质量浓度从100.00 mg/L降至8.68 mg/L,转化率为91.32%,运行周期为90 h,平均转化速率为24.35 mg/(L·d);硫化物的转化率为98.84%,脱氮脱硫的效率最高,同时MFC的电流密度和功率密度均达到最大值,分别为16875 mA/m^(3)、1560.56 mW/m^(3)。16S rRNA测序结果表明,MFC阳极富集的优势菌属为Chlorobaculum、Desulfobacterium和Longilinea等,而阴极反硝化优势菌属为Acidovorax、Thermomonas和Nitrospira等,且硫氮比影响优势菌属的菌群丰度。

填料对电极氨氧化型CW-MFC耦合系统运行性能的影响

在基于电极氨氧化作用的人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统中设置阳极层,探究了阳极层中不同种类填料对系统运行性能及其微生物学特征的影响.结果表明,利用电极氨氧化型CW-MFC处理生活污水时,阳极层中填料的理化特性可显著影响电活性氨氧化生物膜中的微生物群落结构及功能微生物数量,进而会造成装置脱氮产电性能的差异.相较于石英砂和沸石,当选用废砖块作为阳极层填料时,其较大的比表面积、较高的EC值及Fe含量提高了参与电极氨氧化反应的功能微生物(尤其是Nitrosomonas、Geobacter、Empodebacter和Candidutus Brocadia)的丰度及活性,CW-MFC中的电极氨氧化作用随之得以强化,其运行性能亦较理想,此时系统的COD、TP、TN和NH_(4)^(+)-N去除率分别可达(87.29±2.06)%、(92.52±3.20)%、(87.10±2.27)%和(96.49±0.76)%,其输出功率密度峰值为0.60W/m^(3),出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准.

微生物燃料电池工作原理及产电性能提升策略

微生物燃料电池(MFC)是一种解决其他能源在环境方面不足的新技术,目前低能量输出是MFC实际应用的关键瓶颈。基于MFC工作原理,提出微生物活性差、电子迁移阻力、质子传输阻力及阴极还原反应缓慢是MFC能量输出的限制因素,并从以下5个方面综述了提升MFC产电性能策略:调节pH和选择最佳盐度,加强微生物代谢活性;改性阳极材料,降低电子迁移阻力;增强电解液电导率、优化隔膜材料及缩短电极间距减小质子传输阻力;制备高效阴极催化剂和选择优异电子受体加快阴极还原反应速率;改进MFC反应器构型,提高整体产电性能。未来,可在合成新型阴极催化剂、降低膜污染、优化微生物生长环境、制备优异的电极材料和改进MFC反应器配置5个方面开展重点研究。

石墨电极棉线基微流体肼燃料电池

为找到性价比高且安全环保的供电设备,搭建以水合肼为燃料、石墨为电极以及棉线为流道材料的无催化剂微流体燃料电池(MFC),并进行性能测试。石墨管阳极、石墨棒阴极组合的MFC电化学性能最佳,电池于燃料浓度为0.075 mol/L、NaOH浓度为1.0 mol/L及电极距离为4 mm时,具有11.10μW/cm^(2)的最大功率密度和121.45μA/cm^(2)的电流密度。搭建的MFC具有材料简单、成本低且组装方便等特点,无需外部泵维持共层流,作为便携式设备具备集成化和小型化的潜力。

五倍子酸对小鼠胃癌MFC和肝癌H22细胞增殖的抑制作用

目的:研究五倍子酸(GA)对小鼠胃癌MFC细胞及小鼠肝癌H22细胞增殖的影响。方法:分别用3.125、6.250、12.500、25.000、50.000和100.000mg/L的GA处理MFC和H22细胞48h后,应用MTT法检测细胞的增殖抑制率;分别以6.25、12.50和25.00mg/L的GA作用MFC和H22细胞48h后,应用流式细胞仪检测细胞周期及凋亡情况;建立移植性H22和MFC荷瘤小鼠模型,分别给予0.50、0.25和0.20g/kgGA、环磷酰和生理盐水10d后计算抑瘤率。结果:GA呈剂量依赖性抑制MFC及H22细胞增殖(F=70.845、145.444,P<0.001)。GA使MFC细胞和H22细胞均阻滞在G0/G1期(F=80.432、42.903,P<0.001),各组MFC细胞凋亡率差异有统计学意义(F=45.831,P<0.001)。不同剂量GA对荷MFC和H22瘤小鼠的抑瘤率差异有统计学意义(F=206.264、110.906,P<0.001)。结论:GA具有较好的抑制MFC和H22细胞增殖的作用。

人参皂苷单体Rh_2对小鼠前胃癌MFC细胞的增殖抑制作用

目的:探讨Ginseng Rh2(G-Rh2)对小鼠前胃癌MFC细胞的增殖抑制作用及其机制。方法:MFC细胞(密度为1.0×109·L-1)分为空白组、G-Rh2组(3、10、30mg·L-1)组,MTT法检测MFC细胞活性;流式细胞仪检测细胞周期;流式细胞仪和免疫细胞化学法检测细胞周期蛋白cyclinD1、细胞周期依赖激酶(CDK)抑制蛋白p27kip1在MFC细胞中的定性和定量表达。结果:与相应空白组比较,G-Rh2(3、10、30mg·L-1)组在1、2和4h细胞增殖活性随着剂量和时间增加而逐渐下降(P<0.05或P<0.01);与空白组比较,各药物处理组G0/G1期细胞比率随着剂量增加而上升(P<0.05或P<0.01),同时细胞周期蛋白cyclinD1含量逐渐降低(P<0.05或P<0.01),细胞周期抑制蛋白p27kip1含量逐渐升高(P<0.05或P<0.01)。结论:人参皂苷单体G-Rh2可抑制MFC细胞增殖,可使MFC细胞周期阻滞在G0/G1期而抑制细胞活性,这一过程可能与p27kip1升高、细胞周期蛋白cyclinD1含量降低有关。

藤珠胃康颗粒含药血清对小鼠胃癌MFC细胞增殖和凋亡的影响

目的研究藤珠胃康颗粒含药血清对小鼠胃癌MFC细胞增殖和凋亡的影响。方法 MFC细胞经不同浓度藤珠胃康颗粒含药血清处理后,采用MTT法检测藤珠胃康颗粒含药血清对细胞增殖的影响;采用倒置显微镜观察细胞形态变化;采用流式细胞仪及Annexin V/PI染色的方法检测对细胞凋亡的影响。结果与对照组比较,藤珠胃康颗粒含药血清中、高剂量组细胞增殖抑制率显著增高(P<0.05);显微镜下观察,贴壁细胞逐渐脱落、缩成圆形;与对照组比较,给药组细胞凋亡率均显著增高(P<0.05),并呈现剂量依赖性。结论藤珠胃康颗粒含药血清对小鼠胃癌MFC细胞增殖有抑制作用,并能诱导细胞凋亡。

底物浓度和缓冲液浓度对MFC性能影响研究

实验研究了阳极室进口底物浓度和缓冲溶液浓度对碳刷阳极微生物燃料电池产电性能的影响,并利用循环伏安法考察了不同条件下阳极生物膜的电化学活性。结果表明,电池的功率密度随进口底物浓度的增加而增大;在进口底物浓度为500 mg COD/L时,其达到饱和。随着缓冲液浓度的增加,电池的功率密度增大,这是由于缓冲液不仅维持了阳极室及阳极生物膜的p H,而且增强了阳极电解液的离子强度。循环伏安测试结果进一步证实了不同条件下电池的产电性能。

无介体MFC微生物催化剂的“独立驯化”与“在线驯化”结合研究

采用独立驯化和在线驯化相结合的新颖方式,以碳毡、碳布和碳纸为阳极挂膜材料,考察驯化方式和阳极材料对无介体微生物燃料电池(MFC)产电性能和有机物去除效果的影响。结果表明,独立驯化期阳极材料特性对微生物挂膜的影响较大,扫描电镜结果表明挂膜效果最好的是碳毡,碳布次之,碳纸较差;在线驯化约10 h后,微生物催化剂的电化学活性显著升高,第2个周期电压达到峰值(碳毡、碳布、碳纸的峰电压分别为0.803、0.604和0.574 V),第3个周期MFC能长时间稳定运行,其中,碳毡MFC电压平台维持在0.78 V左右长达180 h;比较MFCs的产电能力优劣顺序为:碳毡(1 339.6 mW/m3)>碳纸(96.8 mW/m3)>碳布(80 mW/m3);COD去除率为:碳毡(89.5%)>碳纸(79%)>碳布(74.7%)。

进水COD浓度对基于MFC的UASB生物传感器反馈性能的影响

考察MFC生物传感器在不同COD负荷条件下电信号的反馈情况.通过对比不同进水COD条件下的反馈时间,研究pH对MFC传感器反馈性能的影响.实验结果表明：MFC电信号与进水COD质量浓度具有良好的线性关系;在1000-3000mg/L的进水条件下,MFC稳定电压与进水COD质量浓度呈y=3.83×10^-5x＋0.25的线性增长关系,传感器的反馈时间为4h;随着进水COD质量浓度提升至4000-6000mg/L,MFC稳定电压与进水COD质量浓度呈y=-5.95×10^-5x＋0.54的线性下降关系,系统内挥发性脂肪酸大量积累导致pH降至4.6,反馈时间延缓至8.6h,系统长期处于酸化状态,产电微生物活性降低,电子传递速率受到抑制,传感器反馈时间延迟.

pH对微藻型MFCs处理养猪源分离废水影响研究

实验构建了以微藻为阴极的双室微生物燃料电池(MFCs),以养猪源分离废水为阳极底物,考察在稳定运行的基础上,阳极初始pH对微藻型MFCs的产电性能和养猪源分离废水处理效果的影响。结果表明,微藻型MFCs中阳极液在碱性环境中有利于提高系统的性能,当pH从6增加到10时,微藻型MFCs的产电性能随之提高。当pH=10时,系统的产电性能达到最佳,功率密度为534.8 mW/m^3,是pH=6时的2.12倍。pH对COD的去除率影响不大,均在90%以上;NH_4^+-N的去除率随着pH的升高而提高,当pH=10时,NH_4^+-N去除率达93.54%。

以铁氰化钾为电子受体的MSBR-MFC集成系统响应机理研究

将双室微生物燃料电池(MFC)的阴极区改造成膜序批式生物反应器(MSBR),从产能和净化的双重角度构建了MSBR-MFC集成系统,以铁氰化钾作电子受体、碳毡作生物阴极和固定填料,采取"厌氧、好氧"交替运行方式处理城市生活污水,考察MSBR-MFC系统的产电能力及污染物去除效果。结果表明,系统在厌氧段投加铁氰化钾后,电能输出将大幅提高,最适投加量为30 mmol.L-1;该条件下好氧段系统最大输出功率密度为893.1 mW.m-3,输出峰电压为570.4 mV,电池内阻约300Ω,1个HRT(8 h)内累积产电量13.6 C;阴极区COD、氨氮、TP去除率分别为90.5%、99%和96.2%,阴阳两极室累积有机物去除容积负荷约2.125 kg.m-.3d-1,比传统双室MFC提高了约80.8%。

喹啉为MFC阳极燃料的微生物群落结构演化分析

通过构建填料型微生物燃料电池(MFC),首次对以喹啉为燃料时的MFC阳极表面的微生物群落进行了分析.PCR-DGGE的试验结果表明,随着燃料的改变,微生物群落也发生改变.当以喹啉和葡萄糖的混合溶液稳定地作为燃料时,由于受到喹啉毒性的抑制,微生物多样性降低,优势菌也发生明显的改变.与葡萄糖共基质相比,以单一喹啉为燃料时的阳极微生物优势菌落发生明显改变.新增加一类菌,这类菌与Pseudomonas sp.DIC5RS的同源性为100%,推测该菌在单一喹啉为MFC燃料时喹啉的降解过程中起到关键作用.

MFC技术处理铜、银重金属废水的研究

将具有氧化性的有机废水池作为电池的阳极,具有还原性的重金属废水池作为电池的阴极,利用微生物燃料电池(MFC)同时处理有机废水和重金属废水.结果表明,利用铜离子溶液作阴极,MFC最大电压可达到0.277 V,最大功率密度为33.49 mW/m2,COD的去除率为31.6%,铜的去除率可达42%;利用银离子溶液作阴极,MFC最大电压可达到0.311 V,最大功率密度为42.21 mW/m2,COD的去除率为64.6%,银的去除率可达78%.即不管是从产电角度还是从废水处理角度考虑,都是以银离子废水作阴极优于铜离子.

褪黑素对小鼠MFC前胃癌细胞ERK、Akt及NF-κB表达的影响

目的探讨褪黑素对小鼠MFC前胃癌细胞ERK、Akt及NF-κB表达的影响。方法建立褪黑素在不同时间点干预胃癌细胞的体外模型,免疫印迹法观察褪黑素对小鼠MFC前胃癌细胞p-ERK/ERK、p-Akt/Akt,NF-κB表达的影响,CCK-8检测PI3K抑制剂Wortmannin对MFC细胞增殖的作用。结果①2mmol/L褪黑素作用24h、48h后明显下调MFC细胞ERK1/2、Akt的磷酸化,但对ERK1/2、Akt表达无影响;②Wortmannin明显抑制MFC细胞增殖活性,与MLT作用有明显协同效应;③褪黑素对NF-κB表达无影响。结论褪黑素可通过抑制ERK1/2、Akt的磷酸化从而抑制胃癌细胞增殖。

NG-MFCs协同FCDI处理含盐废水应用研究

以氮掺杂石墨烯(NG)催化微生物燃料电池(MFCs)的阴极,同时多级串并联方式连接MFCs与流动电极电容去离子(FCDI)装置,用以处理含盐废水。结果表明,NG-MFCs的产电脱氮性能明显提升,其最大输出电压为523 m V,NH_4^+-N的去除率达到92.7%;并联方式下的MFCs产电输出更加稳定,处理Na Cl质量浓度2 g/L的盐溶液,MFCs-FCDI装置的除盐率达到30%。因此,NG-MFCs以其输出能量FCDI进行除盐,可达到能源利用与污水处理的双重效果。

参芪抑瘤方联合顺铂对MFC荷瘤小鼠瘤组织 XIAP、PTEN表达的影响

目的:研究参芪抑瘤方联合顺铂对MFC荷瘤小鼠瘤组织连锁凋亡抑制蛋(XIAP)及磷酸酶和张力蛋白同源缺失性基因(PTEN)表达的影响。方法:建立MFC荷瘤小鼠模型进行体内抗肿瘤试验,将50只荷瘤小鼠随机分为模型组、顺铂组、参芪抑瘤方低剂量组(中药低组)、参芪抑瘤方高剂量组(中药高组)、参芪抑瘤方低剂量联合顺铂组(联合低组)、参芪抑瘤方高剂量联合顺铂组(联合高组),连续灌胃给药15 d,观察肿瘤生长情况以及小鼠一般情况,15 d后处死小鼠,剥取瘤组织称重,计算抑瘤率;实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)和免疫组织化学技术(IHC)分别检测肿瘤组织中XIAP、PTEN mRNA和蛋白的表达情况。结果:不同剂量组抑瘤率依次为顺铂组55.25%,参芪抑瘤方低、高剂量组分别为27.7%和30.58%,芪抑瘤方低、高剂参量联合顺铂组分别为66.3%和67.78%。联合用药组优于单纯用药组,差异具有统计学意义(P<0.01)。与模型组相比,顺铂组、中药组、联合组中XIAP mRNA及蛋白的表达均降低,PTEN mRNA及蛋白的表达升高,差异有统计学意义(P<0.01)。与顺铂组、中药低组和中药高组相比,联合低组和联合高组中XIAP mRNA及蛋白的表达均降低,PTEN mRNA及蛋白的表达升高,差异有统计学意义(P<0.01)。结论:参芪抑瘤方具有一定的抗MFC胃癌移植瘤作用,并与顺铂联用具有减毒增效作用。其作用可能是通过下调瘤组织中XIAP的表达,上调PTEN的表达有关。

梧桐叶浸泡液对CW-MFC降解活性艳红的影响

在自行构建的人工湿地(CW)-微生物燃料电池(MFC)系统中,以葡萄糖为对照,系统研究了梧桐叶浸泡液对活性艳红X-3B脱色效果的影响及机理。结果表明,当实验进水X-3B的质量浓度不高于50 mg/L时,系统的脱色率近乎达到100%;当X-3B的质量浓度升高至100 mg/L和150 mg/L时,出水X-3B含量出现明显波动。葡萄糖组脱色主要发生在底部和阳极区域,脱色率分别为78.13%和14.96%,而梧桐叶浸泡组脱色主要发生在底部和阴极区域,脱色率分别为68.28%和16.78%。葡萄糖组X-3B的偶氮结构、萘环结构、三嗪结构和苯环结构在系统中逐步得到降解,而梧桐组缺少苯环和萘环结构的特征峰。不同碳源对不同区域微生物群落结构产生影响,使得X-3B的脱色降解呈现不同的规律。

慢病毒介导的shRNA对MFC细胞生长抑素的沉默及对细胞增殖的影响

SS能够抑制肿瘤细胞的增殖,其与肿瘤的关系已成为研究热点。将包装获得的靶向生长抑素的lv-shRNA病毒液感染MFC细胞,同时,以pcDNA3.1-SS(pSS)转染细胞组作为SS过表达细胞对照,通过荧光显微镜观察到了绿色荧光蛋白(GFP)的高效表达,RIA检测发现49.55%(P<0.05)的SS受到了抑制。MTT法绘制细胞的生长曲线可知,pSS转染细胞的生长明显受到抑制,而LV-shRNA组细胞的生长密度比对照组细胞提高了19.27%(P<0.05),表明SS对肿瘤细胞的增殖具有抑制作用。文章为SS及其类似物在肿瘤方面的治疗提供了理论依据。