可降解苯酚的高效产电菌株的分离筛选及生物学特性研究

发布时间：2017-08-07 12:18

  本文关键词：可降解苯酚的高效产电菌株的分离筛选及生物学特性研究

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【摘要】：微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)处理苯酚废水既可以降解苯酚又可以将废水中的生物质能转换成电能,是一种经济高效的处理废水的途径。MFC阳极产电菌的选育是研究MFC的前提和基础。本研究对MFC产电和苯酚降解性能的影响因素(盐桥直径、阳极碳毡面积及驯化方式)进行优化发现,最佳盐桥直径是Ф10cm,最佳的碳毡面积为5cm×5cm,驯化方式选择梯度驯化。利用优化后的条件构建高效MFC,并从阳极碳毡上分离得到了21株纯兼性产电菌株和5株厌氧产电菌株。然后采用循环伏安法,根据产电性对菌株进行筛选,发现菌株WL027的产电能力最强,最大电压为156m V,因此选择菌株WL027作为研究对象,经鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。目前,没有关于B.cereus具有产电活性的报道,该菌株的获得,丰富了产电菌资源。探究了不同的氮源、碳源、p H值、温度、溶解氧、初始苯酚浓度、接种量、重金属盐的不同浓度、盐度及不同底物对菌株WL027的生长和苯酚降解情况的的影响。得出以下结论:NH4NO3认为是最佳氮源,菌株对苯酚降解的最佳共代谢基质是蔗糖,最佳初始p H值为6,最佳温度为30℃,装液量在150m L(250m L的锥形瓶)最佳,接种量2%最好,菌株WL027不能耐受高浓度(1000mg/L)的苯酚,对0.2mg/L重金属离子Cr2+、Co2+、Pb2+和Cu2+有较好耐受性,菌株能够耐受高盐(30g/L Na Cl)且可以苯胺为底物。在最佳条件下测得31h时苯酚降解率达到最优为86.44%。通过测定菌株WL027构建MFC的电压和菌株四个生长期的循环伏安曲线、电镜扫描观察MFC阳极碳毡是否有类似“纳米导线”结构、测定菌株胞外内核黄素浓度及测定加入核黄素后MFC电压等方面对菌株产电机理进行探讨。菌株WL027构建的MFC的最大电压可达179m V,库伦效率是64.25%,苯酚降解率为68.62%,该菌株的库伦效率高于文献报道的其他菌株,因此在能量转化效率方面菌株WL027构建的MFC具有很明显的优势。通过测定菌株四个生长期的循环伏安曲线,确定产电的时期是稳定期。对MFC碳毡的进行电镜扫描,没有观察到有类似“纳米导线”结构。菌株WL027胞内外核黄素浓度分别为1.32×10-2mg/L和6.10×10-3mg/L,加入核黄素后MFC电压升高18m V。通过对该菌株产电机理的研究,表明菌株WL027可分泌核黄素作为氧化还原性介体促进电子传递。
【关键词】：可降解苯酚高效产电菌 MFC 蜡样芽孢杆菌 分离筛选
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TM911.45
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 研究的目的和意义12
• 1.2 国内外研究现状分析12-17
• 1.2.1 苯酚废水的危害及处理方法12-14
• 1.2.2 降解苯酚的微生物14
• 1.2.3 苯酚降解的生物途径14
• 1.2.4 MFC的研究进展14-16
• 1.2.5 产电微生物的研究进展16
• 1.2.6 产电微生物体内电子的产生16-17
• 1.2.7 产电菌电子的转移机制17
• 1.3 存在问题17-18
• 1.4 课题来源及研究内容18-19
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 研究内容18-19
• 第2章 材料与方法19-27
• 2.1 材料19-21
• 2.1.1 污水样品19
• 2.1.2 培养基19
• 2.1.3 实验药品19-20
• 2.1.4 缓冲液及常用试剂配制20
• 2.1.5 主要仪器和设备20-21
• 2.2 方法21-26
• 2.2.1 获得菌株的MFC构建21
• 2.2.2 MFC产电和苯酚降解特性影响因素优化21-23
• 2.2.3 菌株的分离筛选与分类鉴定23-24
• 2.2.4 高效苯酚降解产电菌生长和苯酚降解条件的优化24-25
• 2.2.5 产电循环伏安分析25
• 2.2.6 纯菌株MFC的构建25
• 2.2.7 阳极碳毡扫描电镜观察分析25
• 2.2.8 菌株WL027胞内外核黄素含量测定25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 高效MFC的构建和高效降解苯酚产电菌株的分离筛选27-35
• 3.1 高效MFC的构建27-31
• 3.1.1 苯酚浓度标准曲线27-28
• 3.1.2 盐桥直径对MFC的影响28-29
• 3.1.3 阳极碳毡面积对MFC的影响29-30
• 3.1.4 不同驯化方式对MFC的影响30
• 3.1.5 优化的MFC系统的电压曲线30-31
• 3.2 高效菌株的分离筛选和分类鉴定31-34
• 3.2.1 高效菌株的分离筛选31
• 3.2.2 高效菌株的分类鉴定31-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第4章 高效苯酚降解产电菌的生长和苯酚降解条件优化35-45
• 4.1 不同氮源对菌株生长和苯酚降解方面的影响35-36
• 4.2 不同碳源对菌株生长和苯酚降解方面的影响36
• 4.3 不同pH值对菌株生长和苯酚降解方面的影响36-37
• 4.4 不同温度对菌株生长和苯酚降解方面的影响37-38
• 4.5 不同溶解氧对菌株生长和苯酚降解方面的影响38-39
• 4.6 不同初始苯酚浓度对菌株生长的影响39
• 4.7 不同接种量对菌株生长和苯酚降解方面的影响39-41
• 4.8 不同重金属盐对菌株生长和苯酚降解方面的影响41-42
• 4.9 不同盐度对菌株生长和苯酚降解方面的影响42-43
• 4.10 不同底物对菌株生长方面的影响43
• 4.11 菌株WL027生长曲线及苯酚降解率曲线43-44
• 4.12 本章小结44-45
• 第5章 菌株WL027产电机理的初步探讨45-52
• 5.1 菌株WL027产电循环伏安分析45
• 5.2 纯菌WL027构建的MFC45-47
• 5.3 阳极碳毡扫描电镜分析47-49
• 5.4 菌体胞内外核黄素含量的测定49-51
• 5.4.1 核黄素浓度标准曲线49
• 5.4.2 菌体胞内外核黄素含量测定49
• 5.4.3 加入核黄素MFC系统的电压曲线49-51
• 5.5 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-59
• 攻读学位期间发表的学术论文59-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：634628