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內容簡介: |
《环境微生物电化学》由国家科学技术学术著作出版基金与福建农林大学研究生教材出版基金资助出版。《环境微生物电化学》共12章,编写过程中力求内容具有前沿性、系统性和科学性,反映国内外最新的研究动态,全面总结环境微生物电化学的基本原理与应用现状。《环境微生物电化学》主要内容包括电化学理论基础、电活性微生物的理论基础、环境中的电活性物质、电活性微生物表征技术、微生物电化学系统、微生物电化学与碳循环、微生物电化学与氮循环、微生物电化学与铁循环、微生物电化学与硫循环、微生物电化学与重金属转化、微生物电化学与有机污染物降解等。
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目錄:
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目录第一章 绪论 1第一节 环境微生物电化学概论 1一、环境微生物电化学的起源 1二、环境微生物电化学的理论基础 5第二节 环境微生物电化学的研究范畴 11一、研究对象 11二、研究内容 13三、研究手段 13四、应用前景 14第三节 环境微生物电化学的研究现状 17一、基础理论研究现状 17二、应用研究现状 22三、未来发展趋势及展望 26参考文献 27第二章 电化学理论基础 33第一节 基本定义和研究内容 35一、电化学的基本定义 35二、电化学的研究内容 35第二节 电化学的基本元素 36一、电解质溶液 36二、电化学体系 41第三节 电极/溶液界面的结构与性质 42一、理想极化电极 42二、电毛细现象 43第四节 电化学热力学基础 45一、可逆性 45二、平衡电极电位 46三、不可逆电极及其电位 47第五节 电极过程动力学 48一、分解电压与极化 48二、电极/溶液界面间的传质过程 53三、电化学步骤的动力学 55第六节 双电层与电动力学效应 58一、双电层模型 58二、GCS分散层模型的推导 61三、双电层电容 63第七节 电子转移理论模型 64一、电子转移理论模型的提出 64二、Marcus微观模型 64参考文献 68第三章 电活性微生物的理论基础 70第一节 电活性微生物 70一、电活性微生物的分类 70二、电子传递的概念 72三、电子传递与微生物产能代谢 73四、电活性微生物的产能代谢特性 79第二节 产电微生物 80一、典型产电微生物 80二、输出胞外电子机制 82第三节 电营养微生物 87一、典型电营养微生物 87二、电营养微生物吸收胞外电子机制 89第四节 电活性微生物的多样性及生态位 91一、电活性微生物的多样性 92二、电活性微生物的生态位 97参考文献 101第四章 环境中的电活性物质 109第一节 环境中的天然电活性物质 109一、氧化还原活性矿物 109二、天然有机大分子物质 115三、天然有机小分子物质 119第二节 环境中的人工电活性物质 122一、生物炭 122二、碳纳米材料 126三、石墨烯及其复合物 129四、其他合成材料 130参考文献 132第五章 电活性微生物表征技术 139第一节 **电化学表征技术 139一、伏安法 139二、电化学交流阻抗法 144三、塔费尔*线 147第二节 光谱及光谱电化学联用技术 149一、光谱技术 149二、光谱电化学联用技术 152第三节 新型表征技术及应用 160一、电子转移能力测定 160二、微生物胞外呼吸活性表征 161三、基于光纤探针的光谱电化学新方法 163四、基于叉指电极的原位光谱电化学新方法 166第四节 案例分析 168一、案例一:信号分子影响 EAB电活性的电化学研究 168二、案例二:基于过氧化氢酶活性和丝网印刷电极的细胞色素c检测方法研究 171参考文献 175第六章 微生物电化学系统 178第一节 微生物电化学系统原理 178一、概念与原理 178二、基本特性和性能参数 180三、反应器材料及构造 181第二节 电极微生物研究进展 187一、阳极电活性微生物 187二、阴极电活性微生物 191第三节 环境微生物电化学系统类型 198一、微生物燃料电池 198二、微生物脱盐电池 203三、微生物电解池 204四、微生物太阳能电池 205五、微生物电合成系统 206六、系统放大 208七、系统耦合集成 210第四节 微生物电化学系统的应用 213一、电能生产 213二、污水处理 215三、增值化学品合成 216四、污染原位修复 218参考文献 221第七章 微生物电化学与碳循环 230第一节 碳循环 230第二节 有机碳矿化过程 231一、铁矿物介导的有机碳矿化 231二、锰矿物介导的有机碳矿化 233三、腐殖质介导的有机碳矿化 234第三节 有机碳厌氧消化产甲烷过程 235一、电极介导的有机碳厌氧消化产甲烷 235二、导电物质介导的有机碳厌氧消化产甲烷 237三、电子穿梭体介导的有机碳厌氧消化产甲烷 239第四节 甲烷氧化过程 240一、甲烷好氧氧化 241二、甲烷厌氧氧化 243第五节 CO2还原固定过程 246一、电能驱动CO2还原固定 246二、光电能驱动CO2还原固定 248第六节 案例分析 251一、案例一:赤泥促进污泥厌氧消化产甲烷的性能研究 251二、案例二:甲烷厌氧氧化微生物的富集及产电性能研究 253三、案例三:非光合细菌利用自光敏化将太阳能转化为乙酸 256参考文献 260第八章 微生物电化学与氮循环 266第一节 氮的生物地球化学循环 266一、氮循环的基本过程 266二、氮循环的关键反应 266第二节 微生物电化学驱动的反硝化过程 272一、铁依赖性反硝化 273二、反硝化型甲烷厌氧氧化 276三、腐殖质介导硝酸盐还原 280四、光电营养反硝化 282第三节 微生物电化学驱动的氨氧化过程 284一、铁氨氧化 284二、硫酸型氨氧化 287三、电氨氧化 289第四节 微生物电化学驱动的氮固定过程 290一、光电营养固氮 290二、电化学微生物固氮 292第五节 案例分析 293一、案例一:光电营养反硝化过程去除寡营养水体硝酸盐 293二、案例二:DAMO-anammox过程去除水体氮 296三、案例三:电极驱动的土壤硝酸盐还原过程 298参考文献 301第九章 微生物电化学与铁循环 305第一节 环境中的铁循环 305一、铁的生物地球化学与矿物学 305二、铁的生物地球化学循环 307三、微生物介导的铁氧化还原循环 308第二节 微生物铁还原 310一、微生物铁还原起源 310二、铁还原关键微生物 310三、铁还原机制研究进展 315第三节 微生物铁氧化 319一、微生物铁氧化起源 319二、铁氧化关键微生物 320三、铁氧化机制研究进展 324第四节 案例分析 326一、案例一:连续上行生物滤清器中硝酸盐依赖性 Fe(Ⅱ)氧化的自养反硝化作用 326二、案例二:甲烷氧化古菌的甲烷厌氧氧化耦合铁(Ⅲ)还原 330参考文献 333第十章 微生物电化学与硫循环 340第一节 硫循环 340一、硫的存在形态 340二、硫循环的基本过程 340三、硫循环微生物 341第二节 硫的微生物电化学氧化 343一、硫化物氧化耦合氧还原 343二、硫化物氧化耦合硝酸盐还原 347三、硫化物氧化耦合铁还原 348四、硫化物氧化与电极还原 350第三节 硫的微生物电化学还原 351一、硫酸盐还原耦合甲烷氧化 351二、硫酸盐还原耦合铁氧化 352三、单质硫还原耦合乙醇氧化 354第四节 案例分析 354一、案例一:种间电子互营作用下的硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化 354二、案例二:海洋沉积物中硫化物氧化与硝酸盐还原的耦合 356三、案例三:硫化物氧化耦合电极还原 357参考文献 360第十一章 微生物电化学与重金属转化 364第一节 重金属的迁移与转化 364一、重金属的迁移 364二、重金属的转化 365第二节 铬 366一、微生物铁还原驱动的铬转化 366二、电极/光电子驱动的铬转化 368第三节 镉 370一、铁还原驱动的镉转化 370二、电极还原驱动的镉转化 372第四节 铅 373一、铁还原驱动的铅转化 373二、电极还原驱动的铅转化 373第五节 铀 374一、铁还原驱动的铀转化 375二、电极/光电子驱动的铀转化 376第六节 砷 378一、铁还原驱动的砷转化 378二、电极/光电子驱动的砷转化 381第七节 其他重金属 382一、铁还原驱动的其他重金属转化 382二、电极还原驱动的其他重金属转化 382第八节 案例分析 384一、案例一:腐殖质和生物炭电子媒介体促进淹水稻田土壤中的砷还原和释放 384二、案例二:微生物燃料电池驱动的土壤重金属转化及其研究 388三、案例三:光电子协同微生物电化学系统促进铬转化研究 390参考文献 392第十二章 微生物电化学与有机污染物降解 399第一节 微生物电化学有机污染物降解类型 400一、微生物铁/锰呼吸介导的有机污染物降解 401二、微生物腐殖质呼吸介导的有机污染物降解 402三、微生物电极呼吸介导的有机污染物降解 403第二节 微生物电化学降解有机污染物的系统构建及影响因素 404一、微生物电化学系统构建 405二、影响有机污染物生物电化学降解的环境因素 410三、有机污染物降解的强化措施 413第三节 微生物电化学有机污染物处理技术研究进展 415一、生物阳极有机污染物降解 415二、生物阴极有机污染物降解 416三、生物阳极-阴极联合降解有机污染物 418第四节 案例分析 419一、案例一:原油污染土壤微生物电化学修复 419二、案例二:1,4-二氧杂环己烷的微生物电化学降解:设计、过程及可持续性研究 424参考文献 428索引 437
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