血红蛋白修饰电极的制备及其表征(2)

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3.2分析方法 7

3.2.1紫外可见光谱 7

3.2.2傅里叶变换红外光谱 7

3.2.3 循环伏安测试 8

4 实验方法 8

4.1技术路线： 8

4.2生物电极的制备 8

4.3生物电极的结构表征 9

5 结果与分析 9

5.1生物电极表征 9

5.1.1紫外-可见光吸收光谱结果 9

5.1.2红外光谱结果 10

5.1.3扫描电镜(SEM)扫描结果 11

5.2生物电极的电化学行为 11

6 结论 13

致谢 14

参考文献 14

1 引言

电极生物膜法（BER）是结合生物法和电化学法发展而来。自20世纪90年代起，Flora J R V和 Suidan M T等人就提出用生物电极膜法去除硝酸盐氮[1]。其原理是采用固定化技术将提纯的反硝化菌固定在阴极表面，由低压直流电作用下使得阴极产生氢，电解产生的氢气为在酶的催化作用下阴极表面的反硝化菌提供电子供体，发生反硝化反应使硝酸盐氮还原[2]。电生物膜法的设备比传统生物反硝化法的简单，而且易于操作，另外具有高效率低成本的优点。电生物膜法是通过改变电流强度来控制生物膜的反硝化速率，避免二次污染，引起了研究者的广泛关注。

电极生物膜法在给水处理方面，一般用于反应器设计，缩短水利停留时间，提高脱氮效率等方面。冯玉杰、沈宏等人用活性污泥作为出发菌株，分别用连续和间歇的培养方式，在石墨电极上生长获得具有良好反硝化性能的电极生物膜，并且通过碳氮比、电流强度、pH等工艺条件对生物膜反硝化过程影响研究，得到以下结论：当碳氮比＜3.0时，反硝化速率与碳氮比成正比，在3.0以后，反硝化速率的增长逐渐缓慢，电流强度在0-20 mA范围内，硝酸盐去除率随着电流强度的增大而增强，并在电流强度为20 mA时达到最大值9.26 mg/(L﹒h)，当pH=7，硝酸盐氮的去除负荷最大，为7.89 mg/(g﹒h),而当pH大于或小于7时，电极生物膜的反硝化性能均有所降低，比较电极生物膜与单纯电极法、单纯生物膜法，表明电极生物膜法对硝酸盐的高去除率是电与生物膜共同作用的结果[3]。因电极生物膜反应器中的生物化学反应过程复杂，易受多种因素影响，存在着难以用传统的控制理论控制的缺陷,彭永臻等在利用电极生物膜法处理硝酸态氨污染水脱氮处理的研究基础上，提出了对该工艺过程的控制方法和在线模糊控制系统[4-5].

在实际的水处理中，因源水成分复杂，而将电极生物膜法结合其他技术，来增强处理能力。例如：利用绿色氧化技术（H2O2、O3氧化技术）强氧化性，去除水中有毒有害的难降解的有机污染物，或利用活性炭较强的吸附作用有效的去除有机物和重金属[2]。

纳米材料具有高比表面积、高化学反应性、特殊的物理性质等特性，对外界环境非常敏感。可以利用纳米材料制作出高灵敏、选择性好、反应速度快的各种传感器，且生物纳米传感器方便获取生命体内的各种生化反应的电化学信息。利用纳米材料研制得到纳米材料修饰的新型电极，因其纳米材料本身的大比表面积，纳米粒子自带的功能集团会对某些物质的电化学行为产生特有的催化效应，并且可以制备出复合纳米光学和电化学传感器。金属、金属氧化物纳米材料，可以增加蛋白质等大分子的稳定性，更有利于电极表面电子传递。所以，纳米材料修饰电极在电催化和生物传感器等方面被广泛应用。