微生物燃料电池生物膜结构与电催化活性的关系
本文选题:微生物燃料电池 切入点:生物膜 出处:《扬州大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一种微生物技术与电池技术相结合的产物,是利用微生物的催化作用分解有机底物,将化学能转化为电能的新技术。而且,很多微生物菌株具有电化学活性,这大大拓宽了MFCs的应用领域,如废水处理产电、生物传感器等。因此,MFCs研究与应用对缓解当前的资源短缺与环境危机意义重大。本文主要在双室型MFCs基础上成功构建了阳极生物膜体系,并建立了两种生物量测定方法。在空气阴极型MFCs基础上探究了碳负载MnO2作为催化剂对电池产电的影响,并比较了MnO2含量不同的阴极材料的性能。最后,研究了电子介体核黄素对粪肠球菌产电的影响。一、MFCs阳极生物膜的构建以及生物量测定方法探究本章首先考察MFCs成功启动后阳极生物膜的生长情况,电池的放电情况。调整实验条件,观察实验过程中的现象,测定细菌生长曲线。同时,作为微生物总量指标,本章探讨了微生物磷脂的测定方法和微生物蛋白质的测定方法,并用这两种方法同时对阳极生物量进行了测定。最后,初步探讨了生物量与极限电流的关系。结果发现,阳极未接种污泥的电池产电性能明显低于接种了污泥的电池产电性能,接种了污泥的电池阳极电极富集了一层生物膜,说明生物膜的形成对电池产电很重要。改变通过电池阳极电极的电流值,利用生物量测定方法对电极表面的生物膜生物量的进行测定,’结果发现该电池体系中电池能承受的极限电流为6 mA。在极限电流范围内,阳极电极表面生物量与通过的电流值成线性关系,说明适当增加通过电极的电流可以促进生物膜的生长,提高生物膜的电催化活性。二、碳负载MnO2作催化剂对空气阴极型MFCs的电化学性能影响本章以氧气为直接电子受体的空气阴极构建MFCs。以活性炭和高锰酸钾为原料,通过水热法合成碳负载MnO2作为阴极催化剂。对碳负载MnO2进行了表征。考察了MnO2含量不同的碳负载MnO2材料对空气阴极MFCs的电化学性能的影响。样品的XRD表征,氮气吸脱附曲线及孔径分布,形貌结构分析结果表明,合成的碳负载MnO2材料为介孔结构,含有8% MnO2的材料性能最好,孔径最大,为11.69 nm。电化学性能测试结果表明纯活性炭作催化剂的电池电化学性能明显比碳负载MnO2作催化剂电池电化学性能差,而且,MnO2含量为8%时,电池电化学性能也最好,放电时间最长。三、MFCs中粪肠球菌以核黄素为电子介体的细胞外电子转移革兰氏阴性菌在微生物燃料电池中的应用已经得到广泛关注。在本章节中将在微生物燃料电池中引入革兰氏阳性细菌—粪肠球菌。在加入核黄素作为电子介体的情况下研究粪肠球菌ZER6菌株形成的生物膜的产电性能。在电极表面形成的粪肠球菌生物膜细胞壁上肽聚糖表层外的葡萄糖氧化过程中发现在没有其他电子介体的存在时核黄素对电子转移起至关重要的作用。
[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.
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM911.45
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 连静;冯雅丽;李浩然;刘志丹;周良;;直接微生物燃料电池的构建及初步研究[J];过程工程学报;2006年03期
2 关毅;张鑫;;微生物燃料电池[J];化学进展;2007年01期
3 洪义国;郭俊;孙国萍;;产电微生物及微生物燃料电池最新研究进展[J];微生物学报;2007年01期
4 丁平;邵海波;刘光洲;段东霞;麻挺;陈嗣俊;王建明;张鉴清;;应用需盐脱硫弧菌的微生物燃料电池发电研究(英文)[J];电化学;2007年02期
5 园丁;;微生物燃料电池:既处理污水又发电[J];污染防治技术;2007年03期
6 刘登;刘均洪;刘海洲;;微生物燃料电池的研究进展[J];化学工业与工程技术;2007年05期
7 张广柱;刘均洪;;微生物燃料电池研究和应用方面的最新进展[J];化学工业与工程技术;2008年04期
8 孙健;胡勇有;;废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[J];工业用水与废水;2008年01期
9 王万成;陶冠红;;微生物燃料电池运行条件的优化[J];环境化学;2008年04期
10 ;微生物燃料电池或成汽车节能环保解决方案[J];材料导报;2008年07期
相关会议论文 前10条
1 顾忠泽;吴文果;;微生物燃料电池的研究[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年
2 赵峰;;来自废水的能量-微生物燃料电池[A];2010年海峡两岸环境与能源研讨会摘要集[C];2010年
3 李正龙;刘红;孔令才;韩梅;;可利用空间基地有机废物的微生物燃料电池预研[A];中国空间科学学会第16届空间生命学术研讨会论文摘要集[C];2005年
4 孙健;;废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
5 赵峰;;微生物燃料电池的电子传递及电极反应研究[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
6 付玉彬;;海底微生物燃料电池研究和应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
7 孔晓英;李连华;李颖;杨改秀;孙永明;;葡萄糖浓度对微生物燃料电池产电性能的影响[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
8 袁勇;庄莉;周顺桂;;盘管式微生物燃料电池的构建及其应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
9 喻玉立;袁用波;胡忠;;产电菌的选育及其在微生物燃料电池中的应用[A];广东省科协资助学术会议总结材料[C];2010年
10 陈禧;王炜;彭香琴;刘宇波;幸毅明;;微生物燃料电池结构与材料研究进展[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第八卷)[C];2013年
相关重要报纸文章 前10条
1 ;微生物燃料电池处理污水发电两不误[N];中国环境报;2005年
2 记者 符王润 通讯员 曾晓舵 李洁尉 刘静;微生物燃料电池有很大挖掘空间[N];广东科技报;2010年
3 萧潇;微生物燃料电池:处理污水发电两不误[N];中国煤炭报;2005年
4 记者 毛黎;微生物燃料电池技术又推进一步[N];科技日报;2006年
5 纪振宇;微生物燃料电池为汽车节能环保提供解决方案[N];中国高新技术产业导报;2008年
6 本报记者 赵亚平;虾兵蟹将派上新用场[N];科技日报;2007年
7 张芮;希腊从芝士副产品中回收能源[N];中国石化报;2010年
8 常丽君;高空“超级细菌”可成发电新能源[N];科技日报;2012年
9 编译 杨孝文;微生物机器人吃苍蝇发电[N];北京科技报;2006年
10 记者 陈勇;美科学家开发出微生物燃料电池[N];新华每日电讯;2005年
相关博士学位论文 前10条
1 黄杰勋;产电微生物菌种的筛选及其在微生物燃料电池中的应用研究[D];中国科学技术大学;2009年
2 陶琴琴;微生物燃料电池同步脱氮除磷及产电性能研究[D];华南理工大学;2015年
3 徐磊;微生物燃料电池PB/rGO阴极材料及导电膜自清洁性能研究[D];大连理工大学;2015年
4 许凤玲;海洋生物膜的电活性及其在微生物燃料电池中的应用基础研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
5 张叶臻;新型石墨纸和石墨烯在微生物燃料电池中的应用研究[D];华南理工大学;2013年
6 刘宜胜;基于三角转子发动机和微生物燃料电池的微小型电源研究[D];浙江大学;2008年
7 曹效鑫;微生物燃料电池中产电菌与电极的作用机制及其应用[D];清华大学;2009年
8 孙敏;微生物燃料电池的功能拓展和机理解析[D];中国科学技术大学;2009年
9 莫光权;功能化碳纳米管材料在微生物燃料电池中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
10 王凯鹏;电子中介体固定化及其在微生物燃料电池阳极的应用[D];武汉大学;2010年
相关硕士学位论文 前10条
1 张鑫;复合微生物燃料电池的研究[D];天津大学;2007年
2 周秀秀;微生物燃料电池阴极催化剂双核酞菁钴的结构及性能优化[D];华南理工大学;2015年
3 黄丽巧;基于微生物燃料电池技术的同步除碳、硝化/反硝化研究[D];华南理工大学;2015年
4 印霞h,
本文编号:1560050
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/1560050.html