《微生物燃料电池MF》PPT课件.ppt

微生物燃料电池（MFC） v 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 v 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。 MFC Construction MFC的优点 v1.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； v2.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； v3.无污染,可实现零排放:微生物燃料电池的唯一产物是水。 v4.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。 v5.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。 v6.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。 vElectricity Production from Cellulose in a Microbial Fuel Cell Using a Defined v Binary Culture 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 目录 v一 实验背景 v二实验目的 v三 材料与方法 v四实验结果与分析 v五结论 一 实验背景 .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 Clostridium cellulolyticum (纤维素分解菌)和 Geobacter sulfurreducens(吃铁的土壤细菌) v Clostridium cellulolyticum可以有效的降解 纤维素，其产物主要是醋酸盐,乙醇,氢气 . v Geobacter sulfurreducens则可以氧化 Clostridium cellulolyticum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 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. 材料及方法 v微生物及培养基 v Cultures :G. sulfurreducens(吃铁的土壤细菌 ) (ATCC 51573) and C.cellulolyticum (纤维素分解菌 )(ATCC 35319) frozen stock cultures were cultured anaerobically in Balch tubes. vMedia :The media used for the two strains had identical components except for the electron donor and electron acceptor. Both media contained(per liter) 1.05 g of NH4Cl, 1.5 g of KH2PO4, 2.9 g of K2HPO4.3H2O, 0.2 g of MgCl2.6H2O, 0.075 g of CaCl2.2H2O, 10 mL of trace mineral mix, and10mLof vitamin mix. v另外,吃铁的土壤细菌 以1.64 g 醋酸钠为电子供体, 13.7 g 的柠檬酸铁作为电子受体.纤维素分解菌培养 基中加有2 g 羧甲基钠纤维素(CMC)及0.5 g 的酵母 提取物. v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. v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 MFC Construction 接种及驯化 v1.将5 mL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5 mL 纤维素分解菌,以2 g/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430 mV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. v2在活性污泥MFC中,在以2 g/L羧甲基纤维素钠（CMC）或 MN301 为底物的阳极室中加入2 mL活性污泥.所有的操作都 是在厌氧室中进行的. 分析 1.利用数据收集系统获得电压(ADC22, Pico Technology, Ltd)，P=IV 2.利用扫描电镜观察阳极细菌薄膜及悬浮微生 物的形态. Results and analysis v1. Electricity Generation by the Binary Culture(特定的两种微生物产生的电能) v2. Electricity Generation by a Mixed Culture(混合菌产生的电能) v3. SEM examine anode Biofilm (扫描电镜 观察阳极细菌薄膜) Electricity generation binary culture Electricity generation mixed culture SEM images of (A) coculture anode biofilm (B) mixed-culture anode biofilm 结论 v.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 . v2.这篇报告说明了可以用微生物降解纤维素并利用 其