微生物燃料電池MFC

微生物燃料電池MFC第1頁/共20頁微生物燃料電池（MFC）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)的化學能轉化為電能的裝置．

MFC原理：（1）燃料于陽極室在細菌的催化作用下被氧化,（2）產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）電子經外電路到達陰極，質子通過質子交換膜到達陰極,（4）氧化劑(一般為氧氣)在陰極室得到電子被還原。第2頁/共20頁MFCConstruction第3頁/共20頁MFC的優(yōu)點1.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；2.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，這使得電池維護成本低，安全性強；3.無污染,可實現(xiàn)零排放:微生物燃料電池的唯一產物是水。4.無需能量輸入：微生物本身就是能量轉化工廠，能把地球上廉價的燃料能源轉化為電能,為人類提供能源。5.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。6.生物相容性：利用人體內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。第4頁/共20頁ElectricityProductionfromCellulose

inaMicrobialFuelCellUsingaDefinedBinaryCulture利用兩種特定的微生物分解纖維素產生電能的微生物燃料電池陳立香第5頁/共20頁目錄一實驗背景二實驗目的三材料與方法四實驗結果與分析五結論第6頁/共20頁一實驗背景１.纖維素是世界上豐富的可再生資源，它包括工農業(yè)生產產生的廢物,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物產生電能．因此我們在本實驗中采用兩種微生物Clostridiumcellulolyticum(纖維素分解菌)和Geobactersulfurreducens(吃鐵的土壤細菌)．第7頁/共20頁

Clostridiumcellulolyticum可以有效的降解纖維素，其產物主要是醋酸鹽,乙醇,氫氣.Geobactersulfurreducens則可以氧化Clostridiumcellulolyticum的發(fā)酵產物（即做為反應的電子供體），而利用電極作為反應的電子受體．第8頁/共20頁研究目的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生電能的能力.第9頁/共20頁材料及方法微生物及培養(yǎng)基

Cultures:G.sulfurreducens(吃鐵的土壤細菌

)

(ATCC51573)andC.cellulolyticum(纖維素分解菌)(ATCC35319)frozenstockcultureswereculturedanaerobicallyinBalchtubes.Media:Themediausedforthetwostrainshadidenticalcomponentsexceptfortheelectrondonorandelectronacceptor.Bothmediacontained(perliter)1.05gofNH4Cl,1.5gofKH2PO4,2.9gofK2HPO4.3H2O,0.2gofMgCl2.6H2O,0.075gofCaCl2.2H2O,10mLoftracemineralmix,and10mLofvitaminmix.第10頁/共20頁另外,吃鐵的土壤細菌以1.64g醋酸鈉為電子供體,13.7g的檸檬酸鐵作為電子受體.纖維素分解菌培養(yǎng)基中加有2g羧甲基鈉纖維素(CMC)及0.5g的酵母提取物.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)基中沒有氧氣,然后滅菌.從賓西法尼亞大學廢水處理廠取得活性污泥,將其保存在4℃得冰箱中備用第11頁/共20頁MFCConstruction

第12頁/共20頁接種及馴化

1.將5mL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5mL纖維素分解菌,以2g/L的羧甲基鈉纖維素為底物.當MFC-1反應了62小時時(此時電壓已經穩(wěn)定大約為430mV并且吃鐵土壤細菌已經在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.2在活性污泥MFC中,在以2g/L羧甲基纖維素鈉（CMC）或MN301為底物的陽極室中加入2mL活性污泥.所有的操作都是在厭氧室中進行的.第13頁/共20頁分析1.利用數據收集系統(tǒng)獲得電壓((ADC22,PicoTechnology,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).第14頁/共20頁Resultsandanalysis

1.ElectricityGenerationbytheBinaryCulture(特定的兩種微生物產生的電能)2.ElectricityGenerationbyaMixedCulture(混合菌產生的電能)3.SEMexamineanodeBiofilm(掃描電鏡觀察陽極細菌薄膜)第15頁/共20頁Electricitygeneration

binaryculture第16頁/共20頁Electricitygeneration

mixedculture第17頁/共20頁SEMimagesof(A)cocultureanodebiofilm

(B)mixed-cultureanodebiofilm第18頁/共20頁結論.1.已知的兩種混合菌產生利用CMC的產生的功率密度是143.2mW/m2,活性污泥利用纖維素產生的功率密度是42.2mW/m2.2.這篇報告說明了