人口的增加和能源需求的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致不可再生化石燃料的快速消費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。清潔和可持續(xù)能源技術(shù)的發(fā)展已變得非常關(guān)鍵和緊迫。微生物燃料電池(MFC)是一種清潔能源技術(shù),其利用微生物的生理功能對(duì)各種底物進(jìn)行代謝,微生物作為催化劑促進(jìn)MFC底物的降解發(fā)電。特別是在水污染治理中,MFC的應(yīng)用具有特殊的意義,因?yàn)樗饶芴幚砦廴緩U物,又能生產(chǎn)電能,其過程實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)循環(huán),因此其潛在的廣泛應(yīng)用在研究和開發(fā)中受到了極大的關(guān)注。如上所述,MFC的性能和特性應(yīng)與所用微生物的生理特性密切相關(guān),并且通常主要取決于微生物的生物電化學(xué)活性。因此,對(duì)具有良好生物電催化活性的生物燃料電池中的共生微生物的分離和篩選是探索高性能微生物燃料電池的良好研究方向。自然界中大量多樣的微生物種群為本研究提供了便利和豐富的微生物來源。特別是動(dòng)物體內(nèi)微生物種群豐富多樣,一些動(dòng)物的特殊生理習(xí)性甚至與微生物在其體內(nèi)共生的特殊生理過程有關(guān)。因此存在分類產(chǎn)電細(xì)菌的潛力。本研究的重點(diǎn)是尋找良好的細(xì)菌,尋找MFC生物催化劑。原菌群樣品是由一只鼻涕蟲(重慶市北北區(qū)西南大學(xué)崇德湖捕獲)經(jīng)無菌處理后獲得,記錄為KY-2細(xì)菌菌群。對(duì)特異性細(xì)菌進(jìn)行了分離、鑒定,并在MFC中進(jìn)行了電催化實(shí)驗(yàn)。本文工作主要包括以下幾個(gè)部分:(1)本研究通過選擇以小型動(dòng)物體內(nèi)共生菌群為來源,經(jīng)過篩選,從蛞蝓體內(nèi)篩選出了相對(duì)于其他樣品具有更高產(chǎn)電活性的細(xì)菌菌群,命名為KY-2混菌。該菌群在產(chǎn)電過程中能夠在微生物燃料電池的陽(yáng)極上大量富集細(xì)菌生物膜。且陽(yáng)極生物膜的SEM圖細(xì)菌的形態(tài)和KY-2細(xì)菌在LB固體培養(yǎng)皿生長(zhǎng)的單菌落的形態(tài)都可以看出該菌群中包括多種細(xì)菌,但是只要一種形態(tài)的細(xì)菌出鏡率最高。而經(jīng)過對(duì)KY-2的原始菌群樣品、MFC雙室全池放電后的陽(yáng)極液樣品,MFC雙室全池放電后長(zhǎng)有生物膜的碳布陽(yáng)極樣品進(jìn)行宏基因組學(xué)上的分析,證實(shí)了上述出鏡率最高的細(xì)菌為Bacillis菌屬的細(xì)菌。并且通過對(duì)該菌在三個(gè)樣品的宏基因組學(xué)上得出的細(xì)菌豐度(占總細(xì)菌數(shù)量的比例)結(jié)果的分析,最終認(rèn)定了該Bacillis菌屬的細(xì)菌在KY-2的產(chǎn)電過程占據(jù)主導(dǎo)地位。(2)通過針對(duì)性地分離上述出鏡率最高的細(xì)菌,記為KY-2-22。通過對(duì)其16SrDNA細(xì)菌鑒定技術(shù)和其基因的系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建,證明了KY-2-22菌株為Bacillis菌屬,并且它在系統(tǒng)發(fā)育樹上與MH061189.1 Proteobacteria bacterium strain B154菌株最為接近。此外,通過對(duì)比KY-2-22菌株和KY-2菌群的產(chǎn)電能力和電化學(xué)行為,發(fā)現(xiàn)而二者的趨勢(shì)具備高度的一致性,且KY-2-22的單菌的表現(xiàn)相對(duì)KY-2菌群的表現(xiàn)要更好。而經(jīng)過對(duì)KY-2-22單獨(dú)的電化學(xué)表征分析,推斷其產(chǎn)電過程所表現(xiàn)出的電化學(xué)行為為表面控制過程。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),KY-2-22菌株在MFC中的陽(yáng)極能夠富集產(chǎn)生大量的生物膜,同樣也能夠在液體培養(yǎng)后,以菌液靜置于室溫6h的條件下,在氣液界面形成一層白色的生物膜。KY-2-22的這種生物膜在成型后,可以直接被用來進(jìn)行微生物燃料電池的裝配。其產(chǎn)電能力基本與KY-2-22的常規(guī)MFC相當(dāng),并且其電化學(xué)行為分析同樣的表現(xiàn)為表面控制的過程�！獜亩�,更加證實(shí)了KY-2-22菌株能夠在產(chǎn)電時(shí)進(jìn)行表面控制的電化學(xué)過程,也更突顯處理KY-2-22作為新發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)電菌株的特殊性。而KY-2-22菌株在氣液界面形成的生物膜的電化學(xué)活性和產(chǎn)電活性都要優(yōu)于細(xì)菌希瓦氏CN32菌株放電后的陽(yáng)極生物膜,從而證明了KY-2-22特別產(chǎn)生的這種氣液界面生物膜具有優(yōu)異的性能。以至于,證明了本研究的分離篩選出的KY-2-22是一株新的特殊產(chǎn)電細(xì)菌,該菌能夠進(jìn)行表面控制電化學(xué)行為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電,同時(shí)還能夠在菌液靜置室溫的條件下大量生成優(yōu)異性能的產(chǎn)電生物膜。本文最后簡(jiǎn)要地總結(jié)了這一結(jié)論,并展望了從動(dòng)物身上分離出的細(xì)菌的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM911.45;X172
【部分圖文】：

圖 1.1 微生物燃料電池的基本結(jié)構(gòu)由于陽(yáng)極室中的細(xì)菌代謝活性（即還原反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生電子和質(zhì)子），以及陰極中的電子受體條件（通過膜分離），生物電位的發(fā)展導(dǎo)致了 MFC 中的生物電的產(chǎn)生[17,18]。在陽(yáng)極室中，電化學(xué)活性微生物可以向陽(yáng)極提供電子，陽(yáng)極通過氧化有機(jī)/無機(jī)廢物（例如燃料）釋放電子，從而產(chǎn)生能源[19]。使用乙酸鹽作為燃料源的陽(yáng)極室中的電化學(xué)活性細(xì)菌發(fā)生氧化反應(yīng)的示例可概括為[20]：CH3COO-+4H2O→2HCO3-+9H++8e-Logan 等先前將能夠提供電子的電化學(xué)活性微生物定義為產(chǎn)電微生物[20]。而能夠接受電子的微生物被稱為外電生物[21,22]。通過陽(yáng)極中的電化學(xué)活性細(xì)菌產(chǎn)生的質(zhì)子通過半電池分離器（例如質(zhì)子交換膜（PEM））擴(kuò)散到陰極室中。而在陰極室中，由于氧的豐度和高還原電位，氧主要用作氧化劑[21,22]。然而，由于觀察到高的電位和低動(dòng)力學(xué)，氧還原反應(yīng)（ORR）仍然是制約進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn) MFC 結(jié)構(gòu)的瓶頸因素之一[21,23]。其他研究表明金屬氧化劑在陰極室中的應(yīng)用，

交換電子（或電子等價(jià)物）。這種穿過細(xì)胞外殼的電子交換通常被稱為細(xì)子轉(zhuǎn)移（EET）。微生物電催化的許多最新研究表明，無論是在環(huán)境應(yīng)用的生物降解，還是在可持續(xù)和環(huán)保工業(yè)中化學(xué)品的電化學(xué)合成中，都具有潛力[44-48]。一種廣泛應(yīng)用的微生物電催化模型是微生物燃料電池（MFC回收和廢水處理為重點(diǎn)），其中某些微生物氧化電子供體，然后將釋放的移到 MFC 陽(yáng)極，從而產(chǎn)生流向陰極的電流[20]。此外，還發(fā)現(xiàn)陰極處的其物可減少電子受體，例如金屬離子、硝酸鹽或高氯酸鹽，以催化細(xì)胞內(nèi)代]。 MFC 外，微生物電催化可能涉及其他應(yīng)用模型，如微生物電解電池、微陽(yáng)能電池或微生物植物燃料電池，但所有這些都依賴于類似的 EET[52]。T 過程將微生物學(xué)、電化學(xué)、環(huán)境工程、能源和材料科學(xué)的跨學(xué)科基礎(chǔ)研污染物的生物修復(fù)、廢物回收、可再生能源生產(chǎn)、生物處理和納米材料開起來。微生物電催化在這些不同領(lǐng)域的生物技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)被許多評(píng)論所討-54]。本綜述將重點(diǎn)介紹在不同氧化還原介質(zhì)的支持下如何進(jìn)行 EET，其進(jìn)助于更好地理解此過程的機(jī)制，并將大大改善上述所有應(yīng)用。

圖 1.3 技術(shù)路線本論文的研究?jī)?nèi)容包括：（1）本研究通過選擇以小型動(dòng)物體內(nèi)共生菌群為來源。經(jīng)過篩選，從蛞蝓（如圖 1.3 所示）體內(nèi)篩選出了相對(duì)于其他樣品具有更高產(chǎn)電活性的細(xì)菌菌群，命名為KY-2。該菌群在產(chǎn)電過程中能夠在微生物燃料電池的陽(yáng)極上大量富集細(xì)菌生物膜。且陽(yáng)極生物膜的 SEM 圖細(xì)菌的形態(tài)和 KY-2 細(xì)菌在 LB 固體培養(yǎng)皿生長(zhǎng)的單菌落的形態(tài)都可以看出該菌群中包括多種細(xì)菌，但是只要一種形態(tài)的細(xì)菌出鏡率最高。而經(jīng)過對(duì) KY-2 的原始菌群樣品、MFC 雙室全池放電后的陽(yáng)極液樣品，MFC 雙室全池放電后長(zhǎng)有生物膜的碳布陽(yáng)極樣品進(jìn)行宏基因組學(xué)上的分析，證實(shí)了上述出鏡率最高的細(xì)菌為 Bacillis 菌屬的細(xì)菌。并且通過對(duì)該菌在三個(gè)樣品的宏基因組學(xué)上得出的細(xì)菌豐度（占總細(xì)菌數(shù)量的比例）結(jié)果的分析，最終認(rèn)定了該 Bacillis 菌屬的細(xì)菌在 KY-2 的產(chǎn)電過程占據(jù)主導(dǎo)地位。（2）通過針對(duì)性地分離上述出鏡率最高的細(xì)菌，記為 KY-2-22。通過對(duì)其 16S-rDNA細(xì)菌鑒定技術(shù)和其基因的系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建，證明了 KY-2-22 菌株為 Bacillis

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 廖源;;微生物燃料電池中產(chǎn)電微生物的研究現(xiàn)狀[J];節(jié)能;2019年01期

2 伍賽特;;微生物燃料電池應(yīng)用前景展望[J];通信電源技術(shù);2019年03期

3 李玉冰;葉群芳;王世棟;;淺談微生物燃料電池研究進(jìn)展[J];廣東化工;2019年12期

4 付保榮;張逸歆;任婧;沈超;張潤(rùn)潔;唐玉蘭;;微生物燃料電池高效產(chǎn)電的研究進(jìn)展[J];水處理技術(shù);2019年06期

5 陳煜銘;王寅寒;黃青;于昌平;;不同肥料條件對(duì)水稻-微生物燃料電池產(chǎn)電性能的影響[J];環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊;2019年05期

6 宋榮斌;張劍榮;朱俊杰;;微生物燃料電池在傳感分析中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J];分析化學(xué);2017年12期

7 李文龍;薛屏;;微生物燃料電池分隔材料的研究新進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2018年07期

8 李婉君;;微生物燃料電池技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用前景探討[J];綠色環(huán)保建材;2017年08期

9 ;國(guó)際視角[J];科技傳播;2017年16期

10 張立成;徐浩;李亞飛;程亞楠;毛天廣;付巖;;連續(xù)流雙室微生物燃料電池試驗(yàn)研究[J];沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 趙晴;季民;王志勇;毛天宇;;沉積物微生物燃料電池研究進(jìn)展[A];2018（第六屆）中國(guó)水生態(tài)大會(huì)論文集[C];2018年

2 張晶;李茹瑩;季民;;沉積物性質(zhì)對(duì)沉積物微生物燃料電池產(chǎn)電性能的影響[A];2014年第12屆全國(guó)水處理化學(xué)大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2014年

3 張軍;李俊;廖強(qiáng);葉丁丁;朱恂;;以竹炭管為陽(yáng)極的微生物燃料電池[A];2014年第12屆全國(guó)水處理化學(xué)大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2014年

4 張曉璐;王雪梅;;功能納米復(fù)合材料在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究[A];第十一屆全國(guó)電分析化學(xué)會(huì)議論文摘要（2）[C];2011年

5 趙峰;;來自廢水的能量-微生物燃料電池[A];2010年海峽兩岸環(huán)境與能源研討會(huì)摘要集[C];2010年

6 成少安;;微生物燃料電池的擴(kuò)大化設(shè)計(jì)[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會(huì)議總結(jié)材料[C];2010年

7 趙峰;;微生物燃料電池的電子傳遞及電極反應(yīng)研究[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會(huì)議總結(jié)材料[C];2010年

8 付德剛;;多學(xué)科交叉研究微生物燃料電池[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會(huì)議總結(jié)材料[C];2010年

9 付玉彬;;海底微生物燃料電池研究和應(yīng)用[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會(huì)議總結(jié)材料[C];2010年

10 孔曉英;李連華;李穎;楊改秀;孫永明;;葡萄糖濃度對(duì)微生物燃料電池產(chǎn)電性能的影響[A];廣東省科協(xié)資助學(xué)術(shù)會(huì)議總結(jié)材料[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 陳歡歡;微生物燃料電池有望走出實(shí)驗(yàn)室[N];科學(xué)時(shí)報(bào);2011年

2 李潔尉　劉靜;中國(guó)科協(xié)青年科學(xué)家論壇聚焦微生物燃料電池技術(shù)[N];科學(xué)時(shí)報(bào);2010年

3 記者 華凌;新型微生物燃料電池成本低性能高[N];科技日?qǐng)?bào);2016年

4 商艷凱 記者 衣春翔;哈工大微生物燃料電池研究取得新成果[N];黑龍江日?qǐng)?bào);2015年

5 華凌;美研制出新型微生物燃料電池系統(tǒng)[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

6 記者 符王潤(rùn) 通訊員 曾曉舵 李潔尉 劉靜;微生物燃料電池有很大挖掘空間[N];廣東科技報(bào);2010年

7 記者　毛黎;微生物燃料電池技術(shù)又推進(jìn)一步[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

8 ;微生物燃料電池處理污水發(fā)電兩不誤[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2005年

9 蕭瀟;微生物燃料電池：處理污水發(fā)電兩不誤[N];中國(guó)煤炭報(bào);2005年

10 記者 陳勇;美科學(xué)家開發(fā)出微生物燃料電池[N];新華每日電訊;2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 郭丹;基于光增強(qiáng)的微生物燃料電池研究[D];南京大學(xué);2019年

2 李猛;微生物燃料電池還原Cr（Ⅵ）及驅(qū)動(dòng)微生物電解池去除Pb（Ⅱ）的研究[D];華南理工大學(xué);2019年

3 蔣青青;平板陽(yáng)極微生物燃料電池的運(yùn)行及群落特征的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

4 王宇洋;二氧化錳復(fù)合材料電極在微生物燃料電池中的儲(chǔ)能性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

5 楊璐;微生物燃料電池碳基陽(yáng)極和金黃色葡萄球菌熒光/安培傳感的研究[D];湖南師范大學(xué);2018年

6 任仕廷;兩極循環(huán)電化學(xué)系統(tǒng)耦合微生物燃料電池回收污水中氮磷[D];清華大學(xué);2017年

7 胡金鳳;影響微生物燃料電池處理老齡垃圾滲濾液的因素研究[D];重慶大學(xué);2018年

8 宋榮斌;多功能納米材料用于微生物燃料電池陽(yáng)極的研究[D];南京大學(xué);2017年

9 楊改秀;微生物燃料電池高活性陰極氧還原電催化劑設(shè)計(jì)合成及其性能研究[D];天津大學(xué);2017年

10 趙晴;河湖沉積物微生物燃料電池的運(yùn)行特性與微生物群落特征[D];天津大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 胡天保;蛞蝓體內(nèi)共生細(xì)菌的分離鑒定及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究[D];西南大學(xué);2019年

2 游婷;銅綠假單胞菌存活時(shí)間延長(zhǎng)可提高微生物燃料電池的產(chǎn)電量研究[D];上海交通大學(xué);2017年

3 王家庭;微生物燃料電池處理工業(yè)廢水及機(jī)理研究[D];青島科技大學(xué);2019年

4 田亞琪;改性陽(yáng)極微生物燃料電池處理含銅廢水[D];青島科技大學(xué);2019年

5 羅賢;微流體微生物燃料電池器件的設(shè)計(jì)及其性能優(yōu)化[D];西南大學(xué);2019年

6 楊祖潔;基于厭氧甲烷氧化的微生物燃料電池產(chǎn)電性能研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2019年

7 沈超;催化型電極在微生物燃料電池中的應(yīng)用與處理廢水的研究[D];遼寧大學(xué);2019年

8 張逸歆;復(fù)合產(chǎn)電菌微生物燃料電池產(chǎn)電性能的研究[D];遼寧大學(xué);2019年

9 蔣紅梅;多孔碳材料的制備及其在電分析和燃料電池中的應(yīng)用[D];湖南師范大學(xué);2017年

10 李蓓蓓;微生物燃料電池處理含砷廢水的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2828130