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《環境生物介體理論與技術》基於生物電子傳遞基礎理論，從概念到分類，從原理到應用，從現狀到展望，較為系統地闡述了環境生物介體理論與技術；借助生物酶學、生物電化學和生物能量學等交叉學科思維，建立了探究介體催化機理的新方法；結合高分子材料科學的技術與方法，研發了多種介體修飾功能材料，為介體催化強化難降解污染物的生物轉化的應用提供技術支持。《環境生物介體理論與技術》共分為三篇，第一篇生物介體理論基礎篇，主要介紹生物呼吸與電子傳遞理論和介體催化理論；第二篇生物介體催化技術篇，總結介體調控多種污染物的生物轉化的催化機理、性能和技術的研究成果；第三篇介體理論與應用展望篇，提出了基於介體理論的宏介體新內涵，並展望了介體技術應用的發展方向。《環境生物介體理論與技術》具有新穎性、科學性、系統性和啟發性，將為環境生物技術學科的發展提供助力。
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目錄
前言
第一篇 生物介體理論基礎
第1章 微生物呼吸與電子傳遞理論 3
1.1 呼吸作用 3
1.1.1 傳統呼吸 3
1.1.2 胞外呼吸 7
1.2 電子傳遞系統理論 9
1.2.1 傳統電子傳遞鏈概述 9
1.2.2 電子傳遞鏈及其傳遞體的排列順序 10
1.2.3 電子傳遞鏈的組成部分 11
1.2.4 電子傳遞抑制劑 13
1.2.5 胞外呼吸電子傳遞過程與機制 16
1.3 微生物新型呼吸 21
1.3.1 產電呼吸 21
1.3.2 鐵（錳）呼吸 25
1.3.3 腐殖質呼吸 28
1.3.4 介體介導微生物胞外呼吸機制與優勢 33
參考文獻 34
第2章 介體催化理論 36
2.1 介體的概念與發展 36
2.1.1 介體概念與特點 36
2.1.2 介體的發展歷程 37
2.2 介體體系 38
2.2.1 好氧微生物介體系統 38
2.2.2 厭氧微生物介體系統 41
2.3 介體分類 42
2.3.1 按化學結構分類 42
2.3.2 按來源分類 47
2.3.3 按作用位點分類 49
2.3.4 按介體生物特性分類 51
2.3.5 按水溶性分類 52
2.4 非水溶性介體 53
2.4.1 基於碳材料的非水溶性介體 53
2.4.2 介體的固定化構建非水溶性介體 58
2.5 介體催化污染物厭氧生物轉化的機理 67
2.5.1 介體催化污染物生物轉化機理 67
2.5.2 介體對污染物厭氧生物轉化的調控 71
2.6 介體催化性能的影響因素 75
2.6.1 介體固有特性 75
2.6.2 環境因素 80
2.7 介體特性分析方法 84
2.7.1 核磁共振氫譜 84
2.7.2 電化學分析方法 84
2.7.3 電子順磁共振 86
2.7.4 紅外吸收光譜分析 86
2.7.5 理論模擬與計算 87
參考文獻 88
第二篇 生物介體催化技術
第3章 介體強化偶氮染料生物脫色 97
3.1 固定化醌類介體強化偶氮染料生物脫色 97
3.1.1 海藻酸鈣固定化醌類介體對脫色速率的影響 98
3.1.2 醌基修飾載體對染料生物脫色的加速作用 100
3.1.3 AQS改性的磁性納米粒子強化偶氮染料生物脫色 102
3.2 固定化非醌類介體強化偶氮染料脫色 105
3.2.1 中性紅改性聚丙烯酸（PAA-NR）水凝膠強化偶氮染料生物脫色 106
3.2.2 PAA-NR的強化穩定性 107
3.3 固定化醌類介體強化生物脫色機理 108
3.3.1 醌介體強化酸性紅B脫色過程中氧化還原電位變化 108
3.3.2 醌介體強化生物脫色過程中的電子傳遞特性 109
3.3.3 介體循環伏安特性與介體強化性能的關係 111
3.3.4 醌介體強化效果與其化學結構活性相關性分析 114
3.4 固定化非醌類介體強化生物脫色機理 116
3.4.1 非醌介體強化生物脫色過程中的電子傳遞特性 116
3.4.2 PAA-NR體系偶氮染料生物脫色的電子傳遞機制 120
參考文獻 121
第4章 介體催化強化生物反硝化 124
4.1 水溶性介體強化生物反硝化特性研究 125
4.1.1 水溶性醌類介體強化反硝化性能 125
4.1.2 卟啉類介體強化反硝化性能 126
4.2 固定化醌類功能介體催化強化生物反硝化 129
4.2.1 聚吡咯活性炭氈固定化醌類介體強化反硝化特性 130
4.2.2 PET-AQS強化反硝化特性 131
4.2.3 醌基PA膜強化反硝化特性 132
4.3 醌類介體強化反硝化機理 133
4.3.1 醌呼吸菌在反硝化顆粒污泥中的分佈及豐度特徵 133
4.3.2 菌株GW1的醌呼吸特性 134
4.3.3 醌介體加速反硝化過程中的電子傳遞特性 135
4.4 血紅素介體強化反硝化機理 138
4.4.1 血紅素強化反硝化過程中的電子傳遞特性 138
4.4.2 卟啉類介體強化反硝化的結構分析 141
參考文獻 142
第5章 介體催化強化高氯酸鹽生物轉化 146
5.1 醌介體催化強化高氯酸鹽降解特性 146
5.1.1 醌介體對高氯酸鹽降解的影響 146
5.1.2 環境因素對介體催化強化高氯酸鹽降解的影響 148
5.2 醌介體催化強化高氯酸鹽降解機理 149
5.2.1 醌介體催化強化高氯酸鹽降解酶學響應機制 150
5.2.2 醌介體催化強化高氯酸鹽降解電子傳遞機理 150
5.3 醌介體催化強化微生物燃料電池降解高氯酸鹽特性 154
5.3.1 醌介體種類對MFC產電及高氯酸鹽降解性能的影響 154
5.3.2 醌介體調控MFC產電呼吸鏈 158
5.3.3 醌介體對產電呼吸菌的影響 160
參考文獻 161
第6章 介體調控重金屬污染微生物修復 164
6.1 介體調控鉻的生物還原機理與技術 165
6.1.1 介體調控鉻（Ⅵ）的生物還原機理 165
6.1.2 介體調控鉻（Ⅵ）生物還原的影響因素 166
6.1.3 AQS調控鉻（Ⅵ）生物還原電子傳遞機制 169
6.2 介體調控碲的生物還原機理與技術 171
6.2.1 介體調控碲（Ⅳ）的生物還原機理 171
6.2.2 介體調控碲（Ⅳ）生物還原的影響因素 172
6.2.3 AQDS調控碲（Ⅳ）生物還原電子傳遞機制 174
6.3 介體調控其他金屬生物還原技術 175
6.3.1 介體調控土壤重金屬生物提取 175
6.3.2 介體調控放射性核素生物修復 176
6.3.3 介體調控貴金屬催化劑生物回收 177
參考文獻 178
第三篇 介體理論與應用展望
第7章 電子宏介體理論與應用展望 185
7.1 介體理論展望 185
7.1.1 氧化還原電子宏介體（電子穿梭體）理論 185
7.1.2 生物能量電子宏介體理論 186
7.1.3 生物電容電子宏介體理論 187
7.1.4 電子信號宏介體理論 188
7.2 介體應用展望 189
7.2.1 新型生物電子介體材料的開發與應用 190
7.2.2 生物電子介體材料的固載與應用 190
7.2.3 內源生物電子介體與合成生物學的耦合與應用 191
參考文獻 191
前言
第一篇 生物介體理論基礎
第1章 微生物呼吸與電子傳遞理論 3
1.1 呼吸作用 3
1.1.1 傳統呼吸 3
1.1.2 胞外呼吸 7
1.2 電子傳遞系統理論 9
1.2.1 傳統電子傳遞鏈概述 9
1.2.2 電子傳遞鏈及其傳遞體的排列順序 10
1.2.3 電子傳遞鏈的組成部分 11
1.2.4 電子傳遞抑制劑 13
1.2.5 胞外呼吸電子傳遞過程與機制 16
1.3 微生物新型呼吸 21
1.3.1 產電呼吸 21
1.3.2 鐵（錳）呼吸 25
1.3.3 腐殖質呼吸 28
1.3.4 介體介導微生物胞外呼吸機制與優勢 33
參考文獻 34
第2章 介體催化理論 36
2.1 介體的概念與發展 36
2.1.1 介體概念與特點 36
2.1.2 介體的發展歷程 37
2.2 介體體系 38
2.2.1 好氧微生物介體系統 38
2.2.2 厭氧微生物介體系統 41
2.3 介體分類 42
2.3.1 按化學結構分類 42
2.3.2 按來源分類 47
2.3.3 按作用位點分類 49
2.3.4 按介體生物特性分類 51
2.3.5 按水溶性分類 52
2.4 非水溶性介體 53
2.4.1 基於碳材料的非水溶性介體 53
2.4.2 介體的固定化構建非水溶性介體 58
2.5 介體催化污染物厭氧生物轉化的機理 67
2.5.1 介體催化污染物生物轉化機理 67
2.5.2 介體對污染物厭氧生物轉化的調控 71
2.6 介體催化性能的影響因素 75
2.6.1 介體固有特性 75
2.6.2 環境因素 80
2.7 介體特性分析方法 84
2.7.1 核磁共振氫譜 84
2.7.2 電化學分析方法 84
2.7.3 電子順磁共振 86
2.7.4 紅外吸收光譜分析 86
2.7.5 理論模擬與計算 87
參考文獻 88
第二篇 生物介體催化技術
第3章 介體強化偶氮染料生物脫色 97
3.1 固定化醌類介體強化偶氮染料生物脫色 97
3.1.1 海藻酸鈣固定化醌類介體對脫色速率的影響 98
3.1.2 醌基修飾載體對染料生物脫色的加速作用 100
3.1.3 AQS改性的磁性納米粒子強化偶氮染料生物脫色 102
3.2 固定化非醌類介體強化偶氮染料脫色 105
3.2.1 中性紅改性聚丙烯酸（PAA-NR）水凝膠強化偶氮染料生物脫色 106
3.2.2 PAA-NR的強化穩定性 107
3.3 固定化醌類介體強化生物脫色機理 108
3.3.1 醌介體強化酸性紅B脫色過程中氧化還原電位變化 108
3.3.2 醌介體強化生物脫色過程中的電子傳遞特性 109
3.3.3 介體循環伏安特性與介體強化性能的關係 111
3.3.4 醌介體強化效果與其化學結構活性相關性分析 114
3.4 固定化非醌類介體強化生物脫色機理 116
3.4.1 非醌介體強化生物脫色過程中的電子傳遞特性 116
3.4.2 PAA-NR體系偶氮染料生物脫色的電子傳遞機制 120
參考文獻 121
第4章 介體催化強化生物反硝化 124
4.1 水溶性介體強化生物反硝化特性研究 125
4.1.1 水溶性醌類介體強化反硝化性能 125
4.1.2 卟啉類介體強化反硝化性能 126
4.2 固定化醌類功能介體催化強化生物反硝化 129
4.2.1 聚吡咯活性炭氈固定化醌類介體強化反硝化特性 130
4.2.2 PET-AQS強化反硝化特性 131
4.2.3 醌基PA膜強化反硝化特性 132
4.3 醌類介體強化反硝化機理 133
4.3.1 醌呼吸菌在反硝化顆粒污泥中的分佈及豐度特徵 133
4.3.2 菌株GW1的醌呼吸特性 134
4.3.3 醌介體加速反硝化過程中的電子傳遞特性 135
4.4 血紅素介體強化反硝化機理 138
4.4.1 血紅素強化反硝化過程中的電子傳遞特性 138
4.4.2 卟啉類介體強化反硝化的結構分析 141
參考文獻 142
第5章 介體催化強化高氯酸鹽生物轉化 146
5.1 醌介體催化強化高氯酸鹽降解特性 146
5.1.1 醌介體對高氯酸鹽降解的影響 146
5.1.2 環境因素對介體催化強化高氯酸鹽降解的影響 148
5.2 醌介體催化強化高氯酸鹽降解機理 149
5.2.1 醌介體催化強化高氯酸鹽降解酶學響應機制 150
5.2.2 醌介體催化強化高氯酸鹽降解電子傳遞機理 150
5.3 醌介體催化強化微生物燃料電池降解高氯酸鹽特性 154
5.3.1 醌介體種類對MFC產電及高氯酸鹽降解性能的影響 154
5.3.2 醌介體調控MFC產電呼吸鏈 158
5.3.3 醌介體對產電呼吸菌的影響 160
參考文獻 161
第6章 介體調控重金屬污染微生物修復 164
6.1 介體調控鉻的生物還原機理與技術 165
6.1.1 介體調控鉻（Ⅵ）的生物還原機理 165
6.1.2 介體調控鉻（Ⅵ）生物還原的影響因素 166
6.1.3 AQS調控鉻（Ⅵ）生物還原電子傳遞機制 169
6.2 介體調控碲的生物還原機理與技術 171
6.2.1 介體調控碲（Ⅳ）的生物還原機理 171
6.2.2 介體調控碲（Ⅳ）生物還原的影響因素 172
6.2.3 AQDS調控碲（Ⅳ）生物還原電子傳遞機制 174
6.3 介體調控其他金屬生物還原技術 175
6.3.1 介體調控土壤重金屬生物提取 175
6.3.2 介體調控放射性核素生物修復 176
6.3.3 介體調控貴金屬催化劑生物回收 177
參考文獻 178
第三篇 介體理論與應用展望
第7章 電子宏介體理論與應用展望 185
7.1 介體理論展望 185
7.1.1 氧化還原電子宏介體（電子穿梭體）理論 185
7.1.2 生物能量電子宏介體理論 186
7.1.3 生物電容電子宏介體理論 187
7.1.4 電子信號宏介體理論 188
7.2 介體應用展望 189
7.2.1 新型生物電子介體材料的開發與應用 190
7.2.2 生物電子介體材料的固載與應用 190
7.2.3 內源生物電子介體與合成生物學的耦合與應用 191
參考文獻 191
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