偶氮染料污染已成为世界性问题，目前的处理方法很难达到预期的排放标准。微生物电化学系统(MESs)在脱色方面具有广阔的应用前景，但其性能在很大程度上取决于微生物。电极改性是提高脱色性能的一种有效方法。然而，改性对微生物群落和脱色过程的影响机制尚不清楚。本文通过电沉积法制备了聚苯胺(PANI)和石墨烯改性阳极。从而得到了最高的脱色效率。具有PANI /石墨烯-改性电极(PG)的MESs的刚果红(CR)脱色率在54 h达到90%。相比之下, 具有PANI-改性电极(P)的MESs的刚果红(CR)脱色率和未改性的电极(C)的MESs的刚果红(CR)脱色率只分别达到68%和79%。微生物群落分析结果显示，在18 h时，PG(11%)中有大量嗜树木甲烷短杆菌，是C(2%)中的5.5倍。这一现象可能与快速脱色有关。上调的代谢途径包括精氨酸和脯氨酸代谢、嘌呤代谢、精氨酸生物合成和核黄素代谢，提供了更多的电子穿梭和氧化还原介质，促进细胞外电子转移。因此，PG-改性电极通过改变一定的代谢途径来促进其脱色。本研究有助于完善MESs在废水处理中的潜在应用指南。
 
 
图1. XPS光谱:(a)测量光谱;(b) PG的N1s反褶积谱;(c) PG的O1s反褶积谱。
 
  
图2. PG、P和C中的(a)CR脱色率和(b)CR浓度。
 
 
图3. 三种不同电极的MESs的电化学性能:(a)接种后的计时安培法;(b, c, d)添加CR后0 h、30 h、90 h时不同MESs的CV曲线。
 
 
图4. 不同时间(0、6、18、42和90 h)阳极生物膜不同属的微生物群落。
 
 
图5. 与C相比，PG中的代谢途径上调。图中每个气泡代表一个KEGG途径。横轴表示代谢产物在该途径中的相对重要性，纵轴表示相关代谢产物在该途径中的富集重要性。气泡大小代表影响值，气泡越大，表示路径的重要性越大。不同的颜色代表p值的大小。
 
  
图6. 受PANI/G改性电极主要影响的代谢途径。红色箭头表示与C相比上调的代谢物，红色框中的物质最终会上调。
 
       相关研究成果由南开大学环境科学与工程学院、环境污染过程与基准教育部重点实验室、天津市环境修复与污染防治重点实验室Ruixiang Li等人于2021年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号