本文選題：微生物燃料電池　切入點：生物膜　出處：《揚州大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：微生物燃料電池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一種微生物技術(shù)與電池技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是利用微生物的催化作用分解有機底物,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的新技術(shù)。而且,很多微生物菌株具有電化學(xué)活性,這大大拓寬了MFCs的應(yīng)用領(lǐng)域,如廢水處理產(chǎn)電、生物傳感器等。因此,MFCs研究與應(yīng)用對緩解當(dāng)前的資源短缺與環(huán)境危機意義重大。本文主要在雙室型MFCs基礎(chǔ)上成功構(gòu)建了陽極生物膜體系,并建立了兩種生物量測定方法。在空氣陰極型MFCs基礎(chǔ)上探究了碳負(fù)載MnO2作為催化劑對電池產(chǎn)電的影響,并比較了MnO2含量不同的陰極材料的性能。最后,研究了電子介體核黃素對糞腸球菌產(chǎn)電的影響。一、MFCs陽極生物膜的構(gòu)建以及生物量測定方法探究本章首先考察MFCs成功啟動后陽極生物膜的生長情況,電池的放電情況。調(diào)整實驗條件,觀察實驗過程中的現(xiàn)象,測定細(xì)菌生長曲線。同時,作為微生物總量指標(biāo),本章探討了微生物磷脂的測定方法和微生物蛋白質(zhì)的測定方法,并用這兩種方法同時對陽極生物量進行了測定。最后,初步探討了生物量與極限電流的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn),陽極未接種污泥的電池產(chǎn)電性能明顯低于接種了污泥的電池產(chǎn)電性能,接種了污泥的電池陽極電極富集了一層生物膜,說明生物膜的形成對電池產(chǎn)電很重要。改變通過電池陽極電極的電流值,利用生物量測定方法對電極表面的生物膜生物量的進行測定,’結(jié)果發(fā)現(xiàn)該電池體系中電池能承受的極限電流為6 mA。在極限電流范圍內(nèi),陽極電極表面生物量與通過的電流值成線性關(guān)系,說明適當(dāng)增加通過電極的電流可以促進生物膜的生長,提高生物膜的電催化活性。二、碳負(fù)載MnO2作催化劑對空氣陰極型MFCs的電化學(xué)性能影響本章以氧氣為直接電子受體的空氣陰極構(gòu)建MFCs。以活性炭和高錳酸鉀為原料,通過水熱法合成碳負(fù)載MnO2作為陰極催化劑。對碳負(fù)載MnO2進行了表征�？疾炝薓nO2含量不同的碳負(fù)載MnO2材料對空氣陰極MFCs的電化學(xué)性能的影響。樣品的XRD表征,氮氣吸脫附曲線及孔徑分布,形貌結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明,合成的碳負(fù)載MnO2材料為介孔結(jié)構(gòu),含有8% MnO2的材料性能最好,孔徑最大,為11.69 nm。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明純活性炭作催化劑的電池電化學(xué)性能明顯比碳負(fù)載MnO2作催化劑電池電化學(xué)性能差,而且,MnO2含量為8%時,電池電化學(xué)性能也最好,放電時間最長。三、MFCs中糞腸球菌以核黃素為電子介體的細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移革蘭氏陰性菌在微生物燃料電池中的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛關(guān)注。在本章節(jié)中將在微生物燃料電池中引入革蘭氏陽性細(xì)菌—糞腸球菌。在加入核黃素作為電子介體的情況下研究糞腸球菌ZER6菌株形成的生物膜的產(chǎn)電性能。在電極表面形成的糞腸球菌生物膜細(xì)胞壁上肽聚糖表層外的葡萄糖氧化過程中發(fā)現(xiàn)在沒有其他電子介體的存在時核黃素對電子轉(zhuǎn)移起至關(guān)重要的作用。
[Abstract]:Microbial Fuel cells (MFCs) is a combination of microbial technology and battery technology. It is a new technology to decompose organic substrates and convert chemical energy into electric energy. Many microbial strains have electrochemical activity, which greatly broadens the application of MFCs, such as wastewater treatment to produce electricity, Therefore, the research and application of biosensors are of great significance in alleviating the current resource shortage and environmental crisis. In this paper, the anodic biofilm system was successfully constructed on the basis of two-chamber MFCs. On the basis of air cathode MFCs, the effect of carbon-supported MnO2 as catalyst on battery power generation was investigated, and the properties of cathode materials with different MnO2 content were compared. The effect of riboflavin on electrical production of Enterococcus faecalis was studied. The construction of anodic biofilm and the method of biomass measurement were studied in this chapter. Firstly, the growth of anodic biofilm after successful start-up of MFCs was investigated. Battery discharge. Adjustment of experimental conditions, observation of phenomena during the experiment, determination of bacterial growth curve. Meanwhile, as a total microbial index, this chapter discusses the determination of microbial phospholipids and the determination of microbial protein. At last, the relationship between the biomass and the limit current was preliminarily discussed. The results showed that the electric capacity of the anode uninoculated sludge was obviously lower than that of the inoculated sludge. A layer of biofilm is enriched at the anode electrode of the battery inoculated with sludge, which shows that the formation of the biofilm is very important for the battery to produce electricity. The biofilm biomass on the electrode surface was measured by biomass measurement method. The results showed that the limit current of the battery system was 6 Ma. There is a linear relationship between the surface biomass of the anode electrode and the current value passing through the electrode, which indicates that properly increasing the current through the electrode can promote the growth of the biofilm and increase the electrocatalytic activity of the biofilm. Effects of carbon supported MnO2 as Catalyst on Electrochemical Properties of Air Cathodic MFCs in this chapter, oxygen as direct electron acceptor is used as the direct electron acceptor to construct MFCs. Activated carbon and potassium permanganate are used as raw materials. Carbon supported MnO2 was synthesized by hydrothermal method as cathode catalyst. The carbon supported MnO2 was characterized. The influence of different MnO2 content on the electrochemical properties of air cathode MFCs was investigated. The XRD characterization of the samples was also carried out. The results of nitrogen adsorption and desorption curves, pore size distribution, morphology and structure analysis show that the synthesized carbon-supported MnO2 material is mesoporous, and the material containing 8% MnO2 has the best properties and the largest pore size. The results of electrochemical performance test showed that the electrochemical performance of pure activated carbon as catalyst was obviously worse than that of carbon-supported MnO2 catalyst, and the electrochemical performance of the battery was the best when the content of MNO _ 2 was 8. The application of extracellular electron transfer gram-negative bacteria with riboflavin as electron medium in MFCs has been widely concerned in microbial fuel cells. In this chapter, the application of Enterococcus faecalis in microbial fuel cells has been widely concerned. Gram-positive bacteria-Enterococcus faecalis were introduced into the battery. The electrical properties of biofilm formed by Enterococcus faecalis ZER6 strain were studied when riboflavin was added as the electronic medium. The biofilm of Enterococcus faecalis formed on the electrode surface was studied. Riboflavin plays an important role in electron transfer in the process of glucose oxidation outside peptidoglycan on cell wall.
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.45

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本文編號：1560050