本文關(guān)鍵詞：循環(huán)式微生物燃料電池產(chǎn)電性能及其微生物系統(tǒng)發(fā)育研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》 2009年

產(chǎn)電微生物菌種的篩選及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究

黃杰勛  

【摘要】： 由于近年來全球范圍的石油能源的短缺和全球變暖導(dǎo)致的極端天氣帶來的巨大影響,易獲得的生物質(zhì)作為可替代型能源越來越受到關(guān)注。微生物燃料電池作為利用電化學(xué)活性微生物作為催化劑的產(chǎn)電裝置,能將生物質(zhì)中有機(jī)物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。相比傳統(tǒng)的間接能源轉(zhuǎn)化形式,微生物燃料電池這種從原料直接轉(zhuǎn)化電能的方式在理論上將會有更高的能量效率。然而,在實際應(yīng)用中由于存在諸多限制因素微生物燃料電池產(chǎn)生的電功率輸出還停留在較低的水平,有待進(jìn)一步的優(yōu)化以提高微生物燃料電池的整體性能。 以乳酸鹽作為電子供體和電極作為電子受體在微生物燃料電池內(nèi)進(jìn)行富集,從廈門近海樣品中共篩選得到五株產(chǎn)電菌。通過在微生物燃料電池中的產(chǎn)電驗證,所有的菌株均具有良好的產(chǎn)電性能。通過16S rRNA和gyrB基因序列的分析以及DNA-DNA雜交,將菌株S1、S5和EP1在種屬上分別鑒定為Shewanella decolorationis, Shewanella aquimarina和Shewanella marisflavi。DNA-DNA雜交顯示S2和S4屬于同一種內(nèi)兩菌株,以S4作為模式菌株,綜合系統(tǒng)發(fā)育分析和表型特征數(shù)據(jù),將該菌分類鑒定為Shewanella屬內(nèi)的新種。此外,利用Fe(III)氧化物作為電子受體從溫泉口樣品中分離到一株超嗜熱菌。 EP1菌株由多相分析鑒定為屬于Shewanella marisflavi,能在高達(dá)1488 mM的離子強(qiáng)度下利用乳酸鹽作為電子供體還原Fe(III)和產(chǎn)電。利用該菌在MFC中產(chǎn)電,離子強(qiáng)度為291 mM下測量到的最大電功率為3.6 mW/m2,離子強(qiáng)度提高到1146 mM時,最大電功率增長到9.6 mW/m2,提高167%。然而,進(jìn)一步提高離子強(qiáng)度到1488 mM,最大電功率下降到5.2 mW/m2。對內(nèi)電阻的定量分析發(fā)現(xiàn)將電極液離子強(qiáng)度從291 mM增加到1488 mM電極液電阻從1178 ?減小到50 ?。這些結(jié)果表明分離特異的微生物菌種能有效地提高微生物燃料電池的性能。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

摘要5-6

ABSTRACT6-15

第1章 緒論15-47

1.1 引言15-16

1.2 微生物燃料電池研究進(jìn)展16-27

1.2.1 微生物燃料電池的發(fā)展簡介16

1.2.2 微生物燃料電池基本原理16-23

1.2.3 影響電池性能的因素23-27

1.3 MFC中的微生物27-32

1.3.1 陽極中的微生物27-31

1.3.2 微生物與陽極間電子傳遞機(jī)理31-32

1.3.3 陰極微生物32

1.4 異化金屬還原細(xì)菌32-45

1.4.1 還原Fe(III)和Mn(IV)的環(huán)境33-35

1.4.2 電子供體35-36

1.4.3 電子受體形式36-37

1.4.4 Fe(III)和Mn(IV)還原菌的主要類群37-42

1.4.5 Fe(III)和Mn(IV)的還原策略42-45

1.5 本論文的研究目的及意義45-47

第2章 材料與方法47-69

2.1 材料47-55

2.1.1 樣品采集與處理47

2.1.2 工具酶47

2.1.3 試劑盒47

2.1.4 主要試劑47-48

2.1.5 主要儀器48-49

2.1.6 菌株與質(zhì)粒49-50

2.1.7 寡核苷酸50

2.1.8 分析軟件50-51

2.1.9 主要溶液和培養(yǎng)基51-55

2.2 基本方法55-69

2.2.1 微生物燃料電池的構(gòu)建55-56

2.2.2 厭氧液體的配置56-57

2.2.3 產(chǎn)電菌的富集和分離純化57-58

2.2.4 超嗜熱菌的富集分離與表征58-59

2.2.5 細(xì)菌基因組的提取59

2.2.6 16S rDNA和gyrB基因的擴(kuò)增59-60

2.2.7 菌落PCR60-61

2.2.8 細(xì)菌新種的鑒定分析61-65

2.2.9 EP1 菌株的產(chǎn)電能力分析65-66

2.2.10 數(shù)據(jù)分析與計算66-69

第3章 結(jié)果與討論69-101

3.1 海洋產(chǎn)電微生物菌種的富集、分離和鑒定69-77

3.1.1 結(jié)果與分析69-74

3.1.2 討論74-77

3.2 一種產(chǎn)電菌新種：廈門希瓦氏菌(Shewanell xiamenensis)的描述77-87

3.2.1 結(jié)果與分析77-84

3.2.2 討論84-86

3.2.3 廈門希瓦氏菌新種的描述86-87

3.3 一株超嗜熱Fe(III)還原菌的分離與表征87-91

3.3.1 結(jié)果與分析87-89

3.3.2 討論89-91

3.4 產(chǎn)電微生物在MFC中的應(yīng)用91-101

3.4.1 結(jié)果與分析91-97

3.4.2 討論97-101

結(jié)論與展望101-103

參考文獻(xiàn)103-114

附錄114-118

致謝118-119

在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果119-120

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【引證文獻(xiàn)】

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中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 符王潤 通訊員 曾曉舵 李潔尉 劉靜;[N];廣東科技報;2010年

2 記者 路平;[N];廣東科技報;2010年

3 ;[N];中國環(huán)境報;2005年

4 蕭瀟;[N];中國煤炭報;2005年

5 華羽;[N];光明日報;2009年

6 張芮;[N];中國石化報;2010年

7 郭明波/譯;[N];北京科技報;2000年

8 張文;[N];中國經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報;2009年

9 柯濟(jì);[N];兵團(tuán)日報(漢);2004年

10 劉霞;[N];科技日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張葉臻;新型石墨紙和石墨烯在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2013年

2 王凱鵬;電子中介體固定化及其在微生物燃料電池陽極的應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2010年

3 莫光權(quán);功能化碳納米管材料在微生物燃料電池中的應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2010年

4 張培遠(yuǎn);微生物燃料電池能量特性研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2011年

5 彭新紅;鐵（Ⅲ）氧化物修飾微生物燃料電池陽極及其電容特性研究[D];南開大學(xué);2013年

6 張瀟源;空氣型微生物燃料電池分隔材料、陰極及構(gòu)型優(yōu)化[D];清華大學(xué);2012年

7 史昕欣;空氣陰極微生物燃料電池陰極結(jié)構(gòu)及催化劑的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 王海萍;循環(huán)式微生物燃料電池產(chǎn)電性能及其微生物系統(tǒng)發(fā)育研究[D];華中科技大學(xué);2013年

9 楊俏;緊湊堆棧生物電化學(xué)系統(tǒng)電極材料與系統(tǒng)構(gòu)建研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 王鑫;微生物燃料電池中多元生物質(zhì)產(chǎn)電特性與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 常繼勇;微生物燃料電池處理生活污水特性研究[D];沈陽建筑大學(xué);2013年

2 陳立香;基于廢水處理的微生物燃料電池的研制及基礎(chǔ)研究[D];汕頭大學(xué);2010年

3 周玲;鹽橋連接下微生物燃料電池陽極材料及其應(yīng)用的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年

4 李明;無膜微生物燃料電池性能特性與應(yīng)用拓展研究[D];重慶大學(xué);2011年

5 吳自潤;基于泡沫金屬電極的微生物燃料電池產(chǎn)電性能研究[D];華南理工大學(xué);2011年

6 亓召琴;微生物燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D];煙臺大學(xué);2012年

7 曹曉燕;微生物燃料電池應(yīng)用于廢水處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

8 屈原津;以谷殼及剩余污泥為底物的微生物燃料電池性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

9 張領(lǐng)艷;微生物燃料電池及介孔磷酸鋯陽極材料的電化學(xué)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2011年

10 李建海;海底沉積物微生物燃料電池陽極表面改性及電極構(gòu)型研究[D];中國海洋大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：循環(huán)式微生物燃料電池產(chǎn)電性能及其微生物系統(tǒng)發(fā)育研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：69349