微生物燃料电池(MFC)
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微生物燃料电池（MFC）
❖ 微生物燃料电池是指借助微生物的催化作 用直接将燃料(如有机酸，糖类等)的化学能 转化为电能的装置．
❖ MFC原理：（1）燃料于阳极室在细菌的催 化作用下被氧化,（2）产生的电子通过位于 细胞外膜的电子载体(例如,细胞色素)传递到 阳极,（3）电子经外电路到达阴极，质子通 过质子交换膜到达阴极,（4）氧化剂(一般为 氧气)在阴极室得到电子被还原。
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❖ 另外,吃铁的土壤细菌 以1.64 g 醋酸钠为电子供体, 13.7 g 的柠檬酸铁作为电子受体.纤维素分解菌培 养基中加有2 g 羧甲基钠纤维素(CMC)及0.5 g 的酵
母提取物.
❖ 培养基的pH 为6.8,另外在吃铁的土壤细菌 的培养 基中通入N2-CO2 (80:20) 及在纤维素分解菌培养基 中通入纯N2 ,以确保培养基中没有氧气,然后灭菌.
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Results and analysis
❖ 1. Electricity Generation by the Binary Culture(特定的两种微生物产生的电能)
❖ 2. Electricity Generation by a Mixed Culture(混合菌产生的电能)
❖ 3. SEM examine anode Biofilm (扫描电镜 观察阳极细菌薄膜)
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❖Thank you
for your attention
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Clostridium cellulolyticum (纤维素分解菌)和
Geobacter sulfurreducens(吃铁的土壤细菌)．
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❖ Clostridium cellulolyticum可以有效的 降解纤维素，其产物主要是醋酸盐,乙醇,氢 气.
❖ Geobacter sulfurreducens则可以氧化 Clostridium cellulolyticum的发酵产物 （即做为反应的电子供体），而利用电极作 为反应的电子受体．
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Electricity generation binary culture
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Electricity generation mixed culture
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SEM images of (A) coculture anode biofilm (B) mixed-culture anode biofilm
❖
Binary Culture
利用两种特定的微生物分解纤维素产生电能的
微生物燃料电池
陈立香
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目录
❖ 一 实验背景 ❖ 二实验目的 ❖ 三 材料与方法 ❖ 四实验结果与分析 ❖ 五结论
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一 实验背景
１.纤维素是世界上丰富的可再生资源，它包括工农业 生产产生的废物,因为它的价格低廉以及有充足的来 源，所以我们在本实验中采用它作为实验材料． 2.虽然许多细菌都具有电化学活性，但是没有发现没 有一种细菌既可以降解纤维素又可以利用其降解产 物产生电能．因此我们在本实验中采用两种微生物
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结论
❖ .1.已知的两种混合菌产生利用CMC的产生的功率密 度是143.2mW/m2, 活性污泥利用纤维素产生的功率 密度是42.2mW/m2 .
❖ 2.这篇报告说明了可以用微生物降解纤维素并利用 其代谢产物产生电能.这为我们获得电能提供了一种 新的途径.
❖ 3.纤维素分解菌在很短的时间内就可以产生大量代 谢物以供吃铁土壤细菌生长及产生电能.但是电镜图 没有揭示出两者之间的关系.若想了解两者之间的关 系则需要进行原位杂交.
cultured anaerobically in Balch tubes. ❖ Media :The media used for the two strains had
identical components except for the electron donor and electron acceptor. Both media coMtofrganCtKclaHe2.i2P6mnOHie42dn,O(e,pr2ea.0rl9.0lmg7ii5txoe,fgr)aKonf21dH.1PC00Oa5m4C.Ll3go2Hf.2o2OfvH,i2ONt0,Ha.m42C1il0ng,mmo1Lif.x5o.fg
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MFC Construction
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MFC的优点
❖ 1.燃料来源多样化：可以利用一般燃料电池所不能利用的多 种有机、无机物质作为燃料，甚至可利用光合作用或直接利 用污水等作为原料；
❖ 2.操作条件温和：一般是在常温、常压、接近中性的环百度文库中 工作，这使得电池维护成本低，安全性强；
❖ 3.无污染,可实现零排放:微生物燃料电池的唯一产物是水。 ❖ 4.无需能量输入：微生物本身就是能量转化工厂，能把地球
❖ 从宾西法尼亚大学废水处理厂取得活性污泥,将其保 存在 4 ℃得冰箱中备用
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MFC Construction
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接种及驯化
❖ 1.将5 mL吃铁的土壤细菌接种到MFC-1中, MFC-1中电子供体 是8mM 醋酸钠, 阳极是唯一得电子受体. MFC -2中接种5 mL 纤维素分解菌,以2 g/L的羧甲基钠纤维素为底物.当MFC-1反 应了62小时时(此时电压已经稳定大约为430 mV并且吃铁土 壤细菌已经在MFC-1的阳极上富集),用MFC-1的阳极取代MFC2的阳极,将一个新的石墨电极插入到MFC-1中.因此在MFC-1 中只有吃铁土壤细菌,在MFC-2 中有吃铁土壤细菌及纤维素 分解菌.
上廉价的燃料能源转化为电能,为人类提供能源。 ❖ 5.能量利用的高效性：微生物燃料电池是将来热电联用系统
的重要组成部分，使能源利用率大大提高。 ❖ 6.生物相容性：利用人体内葡萄糖和氧为原料的生物燃料电
池可以直接植入人体，作为心脏起搏器等人造器官的电源。
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❖ Electricity Production from Cellulose in a Microbial Fuel Cell Using a Defined
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研究目的
1.在这篇文章中,观察利用特定的两种微生物
C.cellulolyticum 和 G. sulfurreducens 以纤维素为底物直接用来产生电能的情况. 2.检测活性污泥中的混合菌是否具有既可以降 解纤维素又可以产生电能的能力.
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材料及方法
❖ 微生物及培养基
❖ Cultures :G. sulfurreducens(吃铁的土壤细菌 ) (ATCC 51573) and C.cellulolyticum (纤维素分解 菌)(ATCC 35319) frozen stock cultures were
❖ 2在活性污泥MFC中,在以2 g/L羧甲基纤维素钠（CMC）或 MN301 为底物的阳极室中加入2 mL活性污泥.所有的操作都 是在厌氧室中进行的.
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分析
1.利用数据收集系统获得电压((ADC22, Pico Technology, Ltd)，P=IV
2.利用扫描电镜观察阳极细菌薄膜及悬浮微生 物的形态.
❖ 微生物燃料电池是指借助微生物的催化作 用直接将燃料(如有机酸，糖类等)的化学能 转化为电能的装置．
❖ MFC原理：（1）燃料于阳极室在细菌的催 化作用下被氧化,（2）产生的电子通过位于 细胞外膜的电子载体(例如,细胞色素)传递到 阳极,（3）电子经外电路到达阴极，质子通 过质子交换膜到达阴极,（4）氧化剂(一般为 氧气)在阴极室得到电子被还原。
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❖ 另外,吃铁的土壤细菌 以1.64 g 醋酸钠为电子供体, 13.7 g 的柠檬酸铁作为电子受体.纤维素分解菌培 养基中加有2 g 羧甲基钠纤维素(CMC)及0.5 g 的酵
母提取物.
❖ 培养基的pH 为6.8,另外在吃铁的土壤细菌 的培养 基中通入N2-CO2 (80:20) 及在纤维素分解菌培养基 中通入纯N2 ,以确保培养基中没有氧气,然后灭菌.
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Results and analysis
❖ 1. Electricity Generation by the Binary Culture(特定的两种微生物产生的电能)
❖ 2. Electricity Generation by a Mixed Culture(混合菌产生的电能)
❖ 3. SEM examine anode Biofilm (扫描电镜 观察阳极细菌薄膜)
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❖Thank you
for your attention
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Clostridium cellulolyticum (纤维素分解菌)和
Geobacter sulfurreducens(吃铁的土壤细菌)．
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❖ Clostridium cellulolyticum可以有效的 降解纤维素，其产物主要是醋酸盐,乙醇,氢 气.
❖ Geobacter sulfurreducens则可以氧化 Clostridium cellulolyticum的发酵产物 （即做为反应的电子供体），而利用电极作 为反应的电子受体．
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Electricity generation binary culture
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Electricity generation mixed culture
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SEM images of (A) coculture anode biofilm (B) mixed-culture anode biofilm
❖
Binary Culture
利用两种特定的微生物分解纤维素产生电能的
微生物燃料电池
陈立香
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目录
❖ 一 实验背景 ❖ 二实验目的 ❖ 三 材料与方法 ❖ 四实验结果与分析 ❖ 五结论
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一 实验背景
１.纤维素是世界上丰富的可再生资源，它包括工农业 生产产生的废物,因为它的价格低廉以及有充足的来 源，所以我们在本实验中采用它作为实验材料． 2.虽然许多细菌都具有电化学活性，但是没有发现没 有一种细菌既可以降解纤维素又可以利用其降解产 物产生电能．因此我们在本实验中采用两种微生物
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结论
❖ .1.已知的两种混合菌产生利用CMC的产生的功率密 度是143.2mW/m2, 活性污泥利用纤维素产生的功率 密度是42.2mW/m2 .
❖ 2.这篇报告说明了可以用微生物降解纤维素并利用 其代谢产物产生电能.这为我们获得电能提供了一种 新的途径.
❖ 3.纤维素分解菌在很短的时间内就可以产生大量代 谢物以供吃铁土壤细菌生长及产生电能.但是电镜图 没有揭示出两者之间的关系.若想了解两者之间的关 系则需要进行原位杂交.
cultured anaerobically in Balch tubes. ❖ Media :The media used for the two strains had
identical components except for the electron donor and electron acceptor. Both media coMtofrganCtKclaHe2.i2P6mnOHie42dn,O(e,pr2ea.0rl9.0lmg7ii5txoe,fgr)aKonf21dH.1PC00Oa5m4C.Ll3go2Hf.2o2OfvH,i2ONt0,Ha.m42C1il0ng,mmo1Lif.x5o.fg
精品课件
MFC Construction
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MFC的优点
❖ 1.燃料来源多样化：可以利用一般燃料电池所不能利用的多 种有机、无机物质作为燃料，甚至可利用光合作用或直接利 用污水等作为原料；
❖ 2.操作条件温和：一般是在常温、常压、接近中性的环百度文库中 工作，这使得电池维护成本低，安全性强；
❖ 3.无污染,可实现零排放:微生物燃料电池的唯一产物是水。 ❖ 4.无需能量输入：微生物本身就是能量转化工厂，能把地球
❖ 从宾西法尼亚大学废水处理厂取得活性污泥,将其保 存在 4 ℃得冰箱中备用
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MFC Construction
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接种及驯化
❖ 1.将5 mL吃铁的土壤细菌接种到MFC-1中, MFC-1中电子供体 是8mM 醋酸钠, 阳极是唯一得电子受体. MFC -2中接种5 mL 纤维素分解菌,以2 g/L的羧甲基钠纤维素为底物.当MFC-1反 应了62小时时(此时电压已经稳定大约为430 mV并且吃铁土 壤细菌已经在MFC-1的阳极上富集),用MFC-1的阳极取代MFC2的阳极,将一个新的石墨电极插入到MFC-1中.因此在MFC-1 中只有吃铁土壤细菌,在MFC-2 中有吃铁土壤细菌及纤维素 分解菌.
上廉价的燃料能源转化为电能,为人类提供能源。 ❖ 5.能量利用的高效性：微生物燃料电池是将来热电联用系统
的重要组成部分，使能源利用率大大提高。 ❖ 6.生物相容性：利用人体内葡萄糖和氧为原料的生物燃料电
池可以直接植入人体，作为心脏起搏器等人造器官的电源。
精品课件
❖ Electricity Production from Cellulose in a Microbial Fuel Cell Using a Defined
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研究目的
1.在这篇文章中,观察利用特定的两种微生物
C.cellulolyticum 和 G. sulfurreducens 以纤维素为底物直接用来产生电能的情况. 2.检测活性污泥中的混合菌是否具有既可以降 解纤维素又可以产生电能的能力.
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材料及方法
❖ 微生物及培养基
❖ Cultures :G. sulfurreducens(吃铁的土壤细菌 ) (ATCC 51573) and C.cellulolyticum (纤维素分解 菌)(ATCC 35319) frozen stock cultures were
❖ 2在活性污泥MFC中,在以2 g/L羧甲基纤维素钠（CMC）或 MN301 为底物的阳极室中加入2 mL活性污泥.所有的操作都 是在厌氧室中进行的.
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分析
1.利用数据收集系统获得电压((ADC22, Pico Technology, Ltd)，P=IV
2.利用扫描电镜观察阳极细菌薄膜及悬浮微生 物的形态.