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工业中广泛使用的偶氮染料（Azo dyes）因其难降解性和潜在致癌性对环境构成挑战。研究人员构建红壤微生物燃料电池（RSMFC）处理直接黑 BN 废水。该系统最大功率密度达 584.82 mW/m3，明确了降解途径和关键微生物。为优化 RSMFC 及处理偶氮染料废水提供依据。
在现代工业蓬勃发展的背后，隐藏着一个严峻的环境问题 —— 染料废水污染。偶氮染料，作为在纺织、皮革、食品、化妆品等众多行业广泛应用的合成着色剂，凭借其含有偶氮键（-N=N-）的结构，展现出鲜艳、高强度的色彩和良好的稳定性。然而，它就像一把双刃剑，在为各行业带来便利的同时，也给环境和人类健康埋下了隐患。一些偶氮染料在还原条件下会降解为致癌的芳香胺，其强烈的颜色和抗降解性使得处理难度大增，严重威胁着水生生态系统。目前常用的膜过滤、化学混凝、吸附、高级氧化等处理方法，要么成本高昂，要么会产生二次污染，而生物处理因高效且环境影响小逐渐受到关注。直接黑 BN 作为典型的水溶性多偶氮染料，具有毒性强、生物降解性差的特点，成为研究难降解偶氮染料有效降解策略的理想模型化合物。微生物燃料电池（MFCs），这一能够通过微生物代谢将有机物转化为电能的创新技术，为解决这一难题带来了新的希望。它既能处理废水，又能产生可再生能源，不过其处理直接黑 BN 废水的潜力尚未得到充分探索。在此背景下，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究，试图探寻红壤微生物燃料电池（RSMFC）处理直接黑 BN 废水的可行性和有效性。这项研究成果发表在《Bioelectrochemistry》杂志上，为解决染料废水污染和能源生产问题开辟了新的道路。
研究人员为开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先，采用预处理后的石墨毡制作电极，利用 5 - 目、304 不锈钢网作为电流收集器构建 RSMFC 系统。其次，通过光谱扫描确定直接黑 BN 的最大吸收波长，以此监测废水处理过程中染料的去除情况。最后，运用 GC - MS（气相色谱 - 质谱联用技术）分析直接黑 BN 的降解产物，探索其降解途径；借助微生物群落分析技术，研究微生物在系统中的作用及变化。
系统设计和构建
研究人员选用北京京龙特碳石墨厂生产的 2 cm 厚石墨毡制作电极。其中，空气阴极被制成 10 cm 的正方形，阳极边长为 2.5 cm。在使用前，为去除石墨毡表面的油污、金属离子等污染物，将其在 0.1 M HNO?溶液中预处理 2 h，随后用蒸馏水彻底冲洗。此外，还采用了 5 - 目、直径 0.6 mm 的 304 不锈钢网作为电流收集器，构建出完整的 RSMFC 系统。
废水净化效果
研究人员对不同浓度（0 - 20 mg/L）的直接黑 BN 进行光谱扫描，发现其最大吸收波长为 580.5 nm。实验结果显示，在 RSMFC 运行的第 1 - 3 阶段，化学需氧量（COD）去除率始终保持在较高水平，为 82.6% - 83.6%。尤其在第 2 阶段，直接黑 BN 的去除效率高达 97.1%。这一高效去除效果得益于偶氮键（-N=N-）的电子接受能力。
降解途径分析
通过 GC - MS 分析，研究人员鉴定出直接黑 BN 的主要降解产物，包括 13 - 二十二碳烯酰胺（13 - Docosenamide）、（Z） - 和邻苯二甲酸二（2 - 乙基己基）酯（Bis (2 - ethylhexyl) phthalate），从而揭示了直接黑 BN 在 RSMFC 中的降解途径。同时，研究还发现某些化合物可能是微生物群落产生的代谢产物，而非直接降解副产物。
微生物群落分析
微生物群落分析表明，Bosea、Citrifermentans、Desulfosporosinus 和 Pseudomonas 等微生物在染料耐受和降解过程中发挥着重要作用。此外，当进水浓度为 300 mgCOD/L（含 99.7 mg/L 直接黑 BN）时，显著富集了 Geobacter、Desulfovibrio、Pseudomonas 和 Acinetobacter 等电活性菌（Electricigens）。这些电活性菌在废水处理和发电过程中起着关键作用。
研究结论表明，研究人员首次成功构建了以红壤为阳极底物的微生物燃料电池（RSMFC），实现了同时处理含直接黑 BN 的废水和发电。该系统在第 3 阶段达到最高输出功率密度 584.82 mW/m3。通过 GC - MS 分析揭示了直接黑 BN 的降解途径，明确了主要降解产物和可能的微生物代谢产物。同时，确定了在染料降解和发电过程中起关键作用的微生物群落，以及特定进水浓度下富集的电活性菌。这项研究成果意义重大，为优化红壤微生物燃料电池（RSMFC）的性能提供了重要依据，推动了偶氮染料废水处理技术的发展，为实现可持续环境管理提供了新的解决方案。它不仅有助于解决日益严重的染料废水污染问题，还为可再生能源的生产开辟了新途径，在环境科学和能源领域具有广阔的应用前景，为后续相关研究奠定了坚实基础，有望引发更多科研人员对微生物燃料电池处理废水及能源生产的深入探索。
