目的 探索电催化制过氧化氢过程物种成分并观察其对 3 种指示菌的消毒效果.方法 采用气体扩散流动电解池制备过氧化氢消毒液,利用电子自旋共振(EPR)检测活性氧种类及变化规律,并与市售过氧化氢对比,观察对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌黑色变种芽孢 3 种微生物指示菌的消毒效果.结果 电催化制过氧化氢消毒液中除过氧化氢外,还存在超氧阴离子、羟基自由基和单线态氧 3 种亚稳态活性氧,其比例约为 5:3:1,且在电催化制结束后约 1 h内 3 种新生态活性氧含量均可维持在较高水平;电催化制过氧化氢消毒液对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌黑色变种芽孢在消毒作用1、5和30 min时对3种微生物指示菌能满足杀灭对数大于5.0的消毒作业要求.结论 电催化制过氧化氢消毒液在产生过氧化氢同时生成多种活性氧,可以有效提高杀灭微生物能力.

酶催化CO2 还原制备高值化学品对缓解全球环境和能源危机具有重要意义,利用甲酸脱氢酶(formate dehydrogenase,FDH)或多酶级联还原CO2 制备甲酸/甲醇具有选择性高、条件温和的优势,但关键酶活性低、稳定性差和重复利用率低的问题限制了其规模化应用,酶的固定化为这些问题提供了有效解决方案.本文总结了近年来利用膜、无机材料、金属有机框架和共价有机框架等载体对酶进行固定化的研究进展,阐释了不同固定材料和固定方式的特点和优势;进一步总结了固定化酶与电催化或光催化耦联反应体系对 CO2 还原的协同效果及应用,同时指出酶固定化技术和耦联反应体系目前存在的问题并对其发展前景进行了展望.

目的 水样中壬基酚的电沉积碳纳米管修饰电极差分脉冲伏安测定法.方法 采用脉冲电沉积法在碳纳米管(CNTs)和氯化钾的混合溶液中制备得到CNTs-玻碳电极(GCE),采用循环伏安法于0.2～1.2 V对壬基酚在修饰电极上的电化学行为进行研究,采用差分脉冲伏安法于0.2～1.2 V优化检测条件并对壬基酚的含量进行测定.结果 碳纳米管修饰电极对壬基酚具有明显的电催化作用,电极反应过程是扩散控制过程.催化氧化峰电流与壬基酚浓度在0.1～10.0 μmol/L范围内呈良好的线性关系,回归方程为ipa=0.452 4+0.162 1 c,r=0.952 1.该方法的检出限为0.05 μmol/L,平均回收率为98.0％～102.0％,RSD为1.3％～2.7％.结论 该方法简便、快捷、灵敏度高,适用于水样中壬基酚的测定.

目的 使用预阳极化碳糊电极研究2-氨基酚的电化学行为并对其进行测定.方法 在pH=8.44的Britton-Robinson缓冲溶液中,扫速为0.1 V·s-1,开路富集40 s的条件下对2-氨基酚进行测定.结果 与裸碳糊电极相比,在预阳极化碳糊电极上2-氨基酚的氧化峰电流响应显著增强.在最佳试验条件下,2-氨基酚的浓度分别在2.5×10-7～2.5×10-5 mol·L-1、1.0×10-4～2.5×10-4 mol·L-1与氧化峰电流成良好的线性关系,其检测限为6.2×10-8 mol·L-1.结论 预阳极化碳糊电极制作简单,性能稳定,测试灵敏度高,对2-氨基酚有良好的电催化作用.

产电微生物是一类具有胞外电子转移能力的微生物,能够将有机物中储存的化学能转化为电能,其作为微生物电催化系统的催化剂,已经成为环境和能源领域的研究热点.但目前所发现的产电菌,产电机制有所差异,产电能力参差不齐,菌株的性能从根本上影响了其产电能力,其产电能力不足成为限制微生物燃料电池在工业上广泛应用的主要瓶颈.目前,通过理性设计或定向进化等改造方法,难以实现产电微生物在复杂多样环境中的广泛应用.通过定向筛选策略,建立一套快速、高效的筛选鉴定技术,挖掘环境中性能优异的产电微生物,是促进其广泛应用的有效途径.文中基于产电微生物的种类,总结回顾了现有的产电微生物的筛选鉴定方法,并对其研究前景进行了展望.

目的 制备一种氨基甲酸铵和磷酸盐缓冲液(PBS)复合活化电极,用于快速检测尿液中的多巴胺(DA)和尿酸(UA).方法 将裸玻碳电极(GCE)先后置于氨基甲酸铵溶液和磷酸盐缓冲溶液中,采用恒电位法进行活化,再采用循环伏安法在PBS中稳定扫描得到复合活化电极(CA-GCE).接着使用循环伏安法、交流阻抗法对CA-GCE的电极性能进行表征.建立示差脉冲伏安法实现对DA和UA的快速灵敏检测.结果 在最佳条件下,CA-GCE对DA和UA表现出优异的电催化活性.在DA和UA的浓度分别为3μmol/L～ 120 μmol/L和3μmol/L～ 70μmol/L,峰电流与其浓度呈良好的线性关系,检测限(3σ/S)分别为0.15 μmol/L和0.43 μmol/L.CA-GCE具有良好的稳定性、选择性和重现性.结论 该方法灵敏度高、检测范围广、检测速度快,适用于尿液样品中DA和UA的检测.

微生物电合成(MES)是生物阴极驱动的过程,其中自养微生物可以直接从阴极吸收电子或通过H2间接吸收电子作为能源,将CO2还原为化学品.为研究表面活性剂对MES性能的影响,以基因改造的杨氏梭菌作为菌株,以非离子表面活性剂聚乙二醇(PEG)作为研究对象,对其添加量进行优化.结果表明:添加体积分数1.0％的PEG的性能最好,其乙酸和丁酸质量浓度能分别达到(0.73±0.11)和(0.18±0.01)g/L,是空白对照组(CF)的1.58和1.21倍,而添加体积分数4％的PEG会抑制微生物的生长,从而导致低的乙酸和丁酸产率.扫描电镜(SEM)和电化学分析结果显示:1.0％的PEG可以促进电极上微生物的附着,并且电催化活性也是最高的.进一步通过析氢性能和还原当量测试发现:在实验过程中,1.0％的PEG的H2含量最高,具有高的还原当量,从而有利于CO2向乙酸和丁酸的转化.通过研究添加不同体积分数的PEG对MES中产物浓度的影响,为MES中如何提高电子传递速率提供了方向.

产电微生物的胞外电子转移在能源、环境等诸多领域有着非常重要的应用价值.希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)作为模式产电微生物,其电催化系统引起了广泛的研究.黄素作为S.oneidensis重要的电子载体,其介导的胞外电子转移是电子传递过程中的一个限速步骤.然而自然环境中野生型S.oneidensis的黄素分泌量极低,对其工程改造也存在一定的局限性,因而严重阻碍了胞外电子的传递过程,这已成为限制其电子转移的主要瓶颈.基于S.oneidensis黄素介导的电子转移机制,系统地从黄素的合成路径及转录调控的角度阐明了黄素合成的调控因素,并综述近年来利用代谢工程、合成生物学以及电极材料修饰等方法来提高黄素介导电子转移的工程化策略,未来可利用一些系统的研究方法和表达工具来加速产电微生物黄素介导的胞外电子转移.

目的:为保障饮水安全,设计一种用于水质净化的小型电催化膜组件.方法:该组件基于电催化膜净水技术设计,主要由阳极电催化膜、阴极金属网、密封件和外壳组成.其中电催化膜为管式炭膜,金属网为管式钛网,外壳由上盖、壳体、密封圈和下盖组成,密封件由压盖、固定座、密封套、导线和密封圈组成.采用COMSOL软件,通过模型构建、网格划分对该组件进行流场仿真分析.结果:仿真结果表明,该组件主要管路的速度分布和压力分布均匀.结论:小型电催化膜组件设计合理,可作为重要功能元件用于小型净水装备.

针对便携式恒电位仪精度较低、易受试验条件影响的问题,结合纳米材料修饰电极与机器学习算法,提出一种低浓度多巴胺(DA)电化学检测分析方法,以期在多个实验干扰因素存在的情况下实现DA的快速准确检测.利用计时电流法(CA)在玻碳电极(GCE)表面电沉积金纳米粒子制备AuNPs/GCE电极,采用循环伏安法(CV)验证其对DA的氧化还原具有良好的电催化活性.在不同底液pH和扫速下,基于AuNPs/GCE电极对不同浓度DA溶液进行重复性循环伏安检测,对检测数据进行峰高、峰电位、基线斜率、峰面积和起始氧化还原电位等重要特征参数的提取,并结合极端梯度提升树(XGBoost)和随机森林(RF)构建两阶段浓度预测模型.结果表明,对于不同pH和扫速干扰下的DA检测数据,相较于传统SVR模型,XGBoost-RF浓度预测模型的MAE、RMSE和MAPE％分别降低53.9％、39.7％和2.7％,RF预测模型的训练时间降低23％,预测准确度提升7％,预测值和真实值间的拟合度(R-Squared)为0.943.所提出方法有效降低了 DA测定过程中不同实验干扰因素的影响,在提高检测精度的同时降低了实验的复杂度,对实现微量特征物的电化学现场快速检测具有重要意义.