产电菌的筛选及其在单室微生物燃料电池中的产电特性研究

摘要

微生物燃料电池（MFC）是利用微生物作为催化剂，通过其新陈代谢作用直接将有机物中的化学能转化为电能的装置。MFC能在厌氧的环境下将废水中的有机物直接转化为电能，不仅可以降低废水处理的成本，还能获得电能，它有望能同时解决能源的综合利用和环境污染这两大问题，因此受到了广泛关注。
　　本研究构建了空气阴极单室型微生物燃料电池，并考察了混合菌和单菌接种的MFC的产电性能。其中混合菌有三个，分别是M1、M2和M3。结果发现，外加0.2V的电压能增强M1的电化学活性，而外加1.0V的电压反而会抑制其电化学活性。在以乳酸钠为碳源，pH为7.0，培养温度为20℃，NaCl浓度为3％的条件下，M1产电最佳。M2在外接1000Ω的电阻下，最大输出电压为560mV，能获得最大功率密度125.7mW/m2，其表观内阻为643.12Ω。在同样实验条件下，M3的最大输出电压达415mV，最大功率密度为64mW/m2，表观内阻为878.14Ω。在以乳酸钠为碳源，pH为6.0，培养温度为25℃，NaCl浓度为4%，缓冲液浓度为200mM时，M3的产电表现最好。
　　本研究对混合菌M3进行了单菌分离，发现其中74%是Proteusmirabilis，命名为B2；16%是Klebsiellavariicola，命名为A3；5%是Klebsiellapneumoniae，命名为F；5%是Shewanellaupenei，命名为B5。研究结果发现，四株菌都具有电化学活性。其中B2的产电能力最强，在外接1000Ω的电阻下的最高输出电压为404mV，能达到的最大功率密度为70mW/m2，表观内阻为1209.4Ω。
　　本文对A3和B5的电子传递机制进行了初步研究。结果发现在A3和B5菌液离心后的上清液的CV曲线没观察到氧化还原峰，说明A3和B5都没有产生可自由移动的中介体，而在其他条件下却有观察到氧化还原峰，证明其电子传递是与细胞膜直接相关的。

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第一章 前言

1.1研究背景

1.2微生物燃料的工作原理

1.3 MFC的电子传递机制

1.4 微生物燃料电池的性能评价参数

1.5产电微生物

1.6 MFC产电底物

1.7 电极材料

1.8本课题的研究内容及意义

第二章 空气阴极单室型微生物燃料电池的构建及关键材料的制备

2.1 材料

2.2 方法

2.3 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 混合菌MFC的产电性能研究

3.1 材料

3.2 试剂

3.3 仪器

3.4 方法

3.5 实验结果

3.6 讨论

3.7 本章小结

第四章 产电菌的分离与单菌的产电性能研究

4.1 试剂

4.2 仪器

4.3 方法

4.4 结果

4.5 讨论

4.6本章小结

结论

工作展望

参考文献