微生物燃料电池(MFC)

微生物燃料电池（MFC）

微生物燃料电池是指借助微生物的催化作用直接将燃料(如有机酸，糖类等)的化学能转化为电能的装置．MFC原理：（1）燃料于阳极室在细菌的催化作用下被氧化,（2）产生的电子通过位于细胞外膜的电子载体(例如,细胞色素)传递到阳极,（3）电子经外电路到达阴极，质子通过质子交换膜到达阴极,（4）氧化剂(一般为氧气)在阴极室得到电子被还原。2021/5/91MFCConstruction2021/5/92MFC的优点1.燃料来源多样化：可以利用一般燃料电池所不能利用的多种有机、无机物质作为燃料，甚至可利用光合作用或直接利用污水等作为原料；2.操作条件温和：一般是在常温、常压、接近中性的环境中工作，这使得电池维护成本低，安全性强；3.无污染,可实现零排放:微生物燃料电池的唯一产物是水。4.无需能量输入：微生物本身就是能量转化工厂，能把地球上廉价的燃料能源转化为电能,为人类提供能源。5.能量利用的高效性：微生物燃料电池是将来热电联用系统的重要组成部分，使能源利用率大大提高。6.生物相容性：利用人体内葡萄糖和氧为原料的生物燃料电池可以直接植入人体，作为心脏起搏器等人造器官的电源。2021/5/93ElectricityProductionfromCellulose

inaMicrobialFuelCellUsingaDefinedBinaryCulture利用两种特定的微生物分解纤维素产生电能的微生物燃料电池陈立香2021/5/94目录一实验背景二实验目的三材料与方法四实验结果与分析五结论2021/5/95一实验背景１.纤维素是世界上丰富的可再生资源，它包括工农业生产产生的废物,因为它的价格低廉以及有充足的来源，所以我们在本实验中采用它作为实验材料．

2.虽然许多细菌都具有电化学活性，但是没有发现没有一种细菌既可以降解纤维素又可以利用其降解产物产生电能．因此我们在本实验中采用两种微生物Clostridiumcellulolyticum(纤维素分解菌)和Geobactersulfurreducens(吃铁的土壤细菌)．2021/5/96

Clostridiumcellulolyticum可以有效的降解纤维素，其产物主要是醋酸盐,乙醇,氢气.Geobactersulfurreducens则可以氧化Clostridiumcellulolyticum的发酵产物（即做为反应的电子供体），而利用电极作为反应的电子受体．2021/5/97研究目的1.在这篇文章中,观察利用特定的两种微生物C.cellulolyticum和G.sulfurreducens以纤维素为底物直接用来产生电能的情况.2.检测活性污泥中的混合菌是否具有既可以降解纤维素又可以产生电能的能力.2021/5/98材料及方法微生物及培养基

Cultures:G.sulfurreducens(吃铁的土壤细菌

)

(ATCC51573)andC.cellulolyticum(纤维素分解菌)(ATCC35319)frozenstockcultureswereculturedanaerobicallyinBalchtubes.Media:Themediausedforthetwostrainshadidenticalcomponentsexceptfortheelectrondonorandelectronacceptor.Bothmediacontained(perliter)1.05gofNH4Cl,1.5gofKH2PO4,2.9gofK2HPO4.3H2O,0.2gofMgCl2.6H2O,0.075gofCaCl2.2H2O,10mLoftracemineralmix,and10mLofvitaminmix.2021/5/99另外,吃铁的土壤细菌以1.64g醋酸钠为电子供体,13.7g的柠檬酸铁作为电子受体.纤维素分解菌培养基中加有2g羧甲基钠纤维素(CMC)及0.5g的酵母提取物.培养基的pH为6.8,另外在吃铁的土壤细菌的培养基中通入N2-CO2(80:20)及在纤维素分解菌培养基中通入纯N2,以确保培养基中没有氧气,然后灭菌.从宾西法尼亚大学废水处理厂取得活性污泥,将其保存在4℃得冰箱中备用2021/5/910MFCConstruction

2021/5/911接种及驯化

1.将5mL吃铁的土壤细菌接种到MFC-1中,MFC-1中电子供体是8mM醋酸钠,阳极是唯一得电子受体.MFC-2中接种5mL纤维素分解菌,以2g/L的羧甲基钠纤维素为底物.当MFC-1反应了62小时时(此时电压已经稳定大约为430mV并且吃铁土壤细菌已经在MFC-1的阳极上富集),用MFC-1的阳极取代MFC-2的阳极,将一个新的石墨电极插入到MFC-1中.因此在MFC-1中只有吃铁土壤细菌,在MFC-2中有吃铁土壤细菌及纤维素分解菌.2在活性污泥MFC中,在以2g/L羧甲基纤维素钠（CMC）或MN301为底物的阳极室中加入2mL活性污泥.所有的操作都是在厌氧室中进行的.2021/5/912分析1.利用数据收集系统获得电压((ADC22,PicoTechnology,Ltd)，P=IV2.利用扫描电镜观察阳极细菌薄膜及悬浮微生物的形态.2021/5/913Resultsandanalysis

1.ElectricityGenerationbytheBinaryCulture(特定的两种微生物产生的电能)2.ElectricityGenerationbyaMixedCulture(混合菌产生的电能)3.SEMexamineanodeBiofilm(扫描电镜观察阳极细菌薄膜)2021/5/914Electricitygeneration

binaryculture2021/5/915Electricitygeneration

mixedculture2021/5/916SEMimagesof(A)cocultureanodebiofilm

(B)mixed-cultureanodebiofilm2021/5/917结论.1.已知的两种混合菌产生利用CMC的产生的功率密度是143.2mW/m2,活性污泥利用纤维素产生的功率密度是42.2mW/m2.2.这篇报告说明了可以用微生物降解纤维素并利用其代谢产