微生物燃料電池(MFC)

1、微生物燃料電池（MFC）v微生物燃料電池是指借助微生物的催化作用直接將燃料(如有機酸，糖類等)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置v MFC原理：（1）燃料于陽極室在細菌的催化作用下被氧化,（2）產(chǎn)生的電子通過位于細胞外膜的電子載體(例如,細胞色素)傳遞到陽極,（3）電子經(jīng)外電路到達陰極，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達陰極,（4）氧化劑(一般為氧氣)在陰極室得到電子被還原。MFC ConstructionMFC的優(yōu)點v1.燃料來源多樣化：可以利用一般燃料電池所不能利用的多種有機、無機物質(zhì)作為燃料，甚至可利用光合作用或直接利用污水等作為原料；v2.操作條件溫和：一般是在常溫、常壓、接近中性的環(huán)境中工作，這使得電池維

2、護成本低，安全性強；v3.無污染,可實現(xiàn)零排放:微生物燃料電池的唯一產(chǎn)物是水。v4.無需能量輸入：微生物本身就是能量轉(zhuǎn)化工廠，能把地球上廉價的燃料能源轉(zhuǎn)化為電能,為人類提供能源。v5.能量利用的高效性：微生物燃料電池是將來熱電聯(lián)用系統(tǒng)的重要組成部分，使能源利用率大大提高。v6.生物相容性：利用人體內(nèi)葡萄糖和氧為原料的生物燃料電池可以直接植入人體，作為心臟起搏器等人造器官的電源。vElectricity Production from Cellulosein a Microbial Fuel Cell Using a Definedv Binary Culture利用兩種特定的微生物分解纖維素產(chǎn)

3、生電能的利用兩種特定的微生物分解纖維素產(chǎn)生電能的 微生物燃料電池微生物燃料電池 陳立香陳立香目錄v一 實驗背景v二實驗?zāi)康膙三 材料與方法v四實驗結(jié)果與分析v五結(jié)論一實驗背景.纖維素是世界上豐富的可再生資源，它包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢物,因為它的價格低廉以及有充足的來源，所以我們在本實驗中采用它作為實驗材料 2.雖然許多細菌都具有電化學(xué)活性，但是沒有發(fā)現(xiàn)沒有一種細菌既可以降解纖維素又可以利用其降解產(chǎn)物產(chǎn)生電能因此我們在本實驗中采用兩種微生物Clostridium cellulolyticum (纖維素分解菌)和Geobacter sulfurreducens(吃鐵的土壤細菌) vClostrid

4、ium cellulolyticum可以有效的降解纖維素，其產(chǎn)物主要是醋酸鹽,乙醇,氫氣 .v Geobacter sulfurreducens則可以氧化Clostridium cellulolyticum的發(fā)酵產(chǎn)物（即做為反應(yīng)的電子供體），而利用電極作為反應(yīng)的電子受體研究目的1.在這篇文章中,觀察利用特定的兩種微生物C.cellulolyticum 和 G. sulfurreducens 以纖維素為底物直接用來產(chǎn)生電能的情況.2.檢測活性污泥中的混合菌是否具有既可以降解纖維素又可以產(chǎn)生電能的能力.材料及方法v微生物及培養(yǎng)基微生物及培養(yǎng)基v Cultures :G. sulfurreducen

5、s(吃鐵的土壤細菌 ) (ATCC 51573) and C.cellulolyticum (纖維素分解菌)(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

6、, 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,吃鐵的土壤細菌 以1.64 g 醋酸鈉為電子供體, 13.7 g 的檸檬酸鐵作為電子受體.纖維素分解菌培養(yǎng)基中加有2 g 羧甲基鈉纖維素(CMC)及0.5 g 的酵母提取物.v培養(yǎng)基的pH 為6.8,另外在吃鐵的土壤細菌 的培養(yǎng)基中通入N2-CO2 (80:20) 及在纖維素分解菌培養(yǎng)基中通入純N2 ,以確保培養(yǎng)基中沒有

7、氧氣,然后滅菌.v從賓西法尼亞大學(xué)廢水處理廠取得活性污泥,將其保存在 4 得冰箱中備用MFC Construction 接種及馴化v1.將5 mL吃鐵的土壤細菌接種到MFC-1中, MFC-1中電子供體是8mM 醋酸鈉, 陽極是唯一得電子受體. MFC -2中接種5 mL 纖維素分解菌,以2 g/L的羧甲基鈉纖維素為底物.當(dāng)MFC-1反應(yīng)了62小時時(此時電壓已經(jīng)穩(wěn)定大約為430 mV并且吃鐵土壤細菌已經(jīng)在MFC-1的陽極上富集),用MFC-1的陽極取代MFC-2的陽極,將一個新的石墨電極插入到MFC-1中.因此在MFC-1 中只有吃鐵土壤細菌,在MFC-2 中有吃鐵土壤細菌及纖維素分解菌.v

8、2在活性污泥MFC中,在以2 g/L羧甲基纖維素鈉（CMC）或MN301 為底物的陽極室中加入2 mL活性污泥.所有的操作都是在厭氧室中進行的.分析 1.利用數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)獲得電壓(ADC22, Pico Technology, Ltd)，P=IV2.利用掃描電鏡觀察陽極細菌薄膜及懸浮微生物的形態(tài).Results and analysisv1. Electricity Generation by the Binary Culture(特定的兩種微生物產(chǎn)生的電能特定的兩種微生物產(chǎn)生的電能)v2. Electricity Generation by a Mixed Culture(混合菌產(chǎn)生的電能混

9、合菌產(chǎn)生的電能)v3. SEM examine anode Biofilm (掃描電鏡掃描電鏡觀察陽極細菌薄膜觀察陽極細菌薄膜)Electricity generation binary cultureElectricity generation mixed cultureSEM images of (A) coculture anode biofilm (B) mixed-culture anode biofilm 結(jié)論v.1.已知的兩種混合菌產(chǎn)生利用CMC的產(chǎn)生的功率密度是143.2mW/m2, 活性污泥利用纖維素產(chǎn)生的功率密度是42.2mW/m2 .v2.這篇報告說明了可以用微生物降解纖維