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铜绿假单胞菌存活时间延长可提高微生物燃料电池的产电量研究

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铜绿假单胞菌存活时间延长可提高微生物燃料电池的产电量研究

作者：游婷上海交通大学

学位级别：硕士

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的系统,可在除去污染物的同时产生电能且不会对环境造成危害。铜绿假单胞菌因其产生的吩嗪类化合物具有电子传递作用,可用于构建微生物燃料电池... 详细信息

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的系统,可在除去污染物的同时产生电能且不会对环境造成危害。铜绿假单胞菌因其产生的吩嗪类化合物具有电子传递作用,可用于构建微生物燃料电池。如何提高微生物燃料电池总产电量一直研究的热点问题。本研究以铜绿假单胞菌SJTD-1及其突变菌株为实验对象,对以其构建的微生物燃料电池的放电过程与主要影响因素进行了研究。结果显示,铜绿假单胞菌SJTD-1产生的次生代谢产物吩嗪-1-羧酸(Phenazine-1-acid,PCA),是其微生物燃料电池中的主要电子传递体;微生物燃料电池产生的电压会随着其浓度增高而逐渐增加。尽管敲除转录因子MvaT的突变菌株SJTD-1(ΔmvaT)的PCA产量较野生型有所提升,但其燃料电池放电电压近130 mV,远低于野生型菌株440 mV的最大电压。而且,两者的电压时间曲线差异较大,突变菌株电压可持续约40小时的最高峰值,而野生型菌株电压则在其达到峰值后迅速下降。这说明吩嗪-1-羧酸作为电子传递体是微生物燃料电池放电过程中的主要因素,但不是唯一决定因素。进一步研究发现,发酵液中的细菌存活数也会影响微生物燃料电池的产电量。初始放电阶段,微生物燃料电池中产生的电压会随活菌数目不断增加而逐渐增大。当细菌进入稳定期达到最大活菌量时,燃料电池系统的电压也到达峰值。之后,细菌进入衰亡期后活菌数量逐渐减少,电压也随之下降。与野生菌株相比,突变菌株SJTD-1(ΔmvaT)在发酵过程中的细胞存活时间更长,放电时间更持久。野生型SJTD-1仅能放电90小时,产生1.30 J的总电量;而突变株SJTD-1(ΔmvaT)则可在生物燃料电池中持续放电超过160小时,总电量可达2.32 J。因此,延长铜绿假单胞菌在发酵液中的存活时间,可增加其放电时间,提高微生物燃料电池的总产电量。此外,为了探究突变株存活时间延长的可能机制,我们利用基于i-TRAQ标记的蛋白组学方法比较了野生菌株SJTD-1和突变菌株SJTD-1(ΔmvaT)在无机盐培养基中生长时的表达蛋白。结果显示,有66个蛋白的表达水平呈现显著差异,其中37个显著上调,29个显著下调。这些蛋白参与了包括物质转运与代谢、细胞生长防御及信号转导等多条胞内代谢途径。其中,与铜绿假单胞菌生长相关的基因表达水平上调,如基因opmD在突变菌株中的表达量较野生菌株上调了4.9倍,可能导致了突变菌株的存活时间延长。本工作可为微生物燃料电池产电量提高的研究提供新思路,有利于推进微生物燃料电池的实际应用研究。

关键词：铜绿假单胞菌微生物燃料电池存活时间产电量蛋白组学

深红红螺菌在MFC中电子传递机制与产电量研究

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常州大学学报（自然科学版） 2018年第2期30卷 45-52页

作者：冯俊生孙卓陈曼佳刘亮李娜常州大学环境与安全工程学院江苏常州213164 广东省生态环境技术研究所广东广州510650 常州大学怀德学院江苏靖江214500

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)中阳极电子传递过程是决定MFC产电量和产电速率的关键因素,优化微生物燃料电池阳极传递方式是提高MFC产电量的重要手段。以聚醚废水为实验基液,深红红螺菌397为MFC的催化剂,构建了阳极包裹型和... 详细信息

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)中阳极电子传递过程是决定MFC产电量和产电速率的关键因素,优化微生物燃料电池阳极传递方式是提高MFC产电量的重要手段。以聚醚废水为实验基液,深红红螺菌397为MFC的催化剂,构建了阳极包裹型和阳极未包型两种MFC来研究其电子传递机制,结果显示,此微生物在阳极厌氧处理聚醚废水时通过直接接触机制和电子穿梭机制两种机制进来传递电子,直接接触机制的产电量是电子穿梭机制的1.79倍。此外还对如何提高MFC产电量进行了探讨,构建的AQDS型MFC优化了MFC的性能,MFC启动时间加快了4h,最大输出电流提高了50%,产电量提高了39.5%。

关键词：微生物燃料电池深红红螺菌397 聚醚废水电子传递机制产电量

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光伏遮阳板与建筑一体化的综合节能效果分析

建筑节能 2012年第6期40卷 33-37,53页

作者：胡剑平饶政华廖胜明中南大学能源科学与工程学院长沙410083

以长沙地区典型办公建筑为对象,耦合建筑负荷计算,建立了光伏遮阳板的传热和发电模型,模拟了全年建筑能耗和系统产电量。分析了光伏遮阳板在建筑不同朝向以不同倾角和宽度安装时,系统的遮阳和产电的综合节能效果。研究结果表明:光伏遮... 详细信息

以长沙地区典型办公建筑为对象,耦合建筑负荷计算,建立了光伏遮阳板的传热和发电模型,模拟了全年建筑能耗和系统产电量。分析了光伏遮阳板在建筑不同朝向以不同倾角和宽度安装时,系统的遮阳和产电的综合节能效果。研究结果表明:光伏遮阳板倾角从0°～40°变化时建筑节能量增加幅度较大,而倾角大于40°时变幅趋缓;系统东、西向安装时的单位面积光伏板的建筑节能效果优于南向安装,倾角小于45°时南向安装的系统产电量最大。研究结果为光伏遮阳板与建筑一体化技术的优化和推广应用提供了有益的参考。

关键词：光伏遮阳系统建筑节能产电量

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微生物脱盐电池中酸碱度平衡的优化研究

中国甜菜糖业 2020年第3期 39-42页

作者：肖常泓魏雪周宇刘畅艾克拜尔·麦麦提艾力李永峰东北林业大学林学院 150040哈尔滨

本文为了解决由于pH值不稳定对微生物脱盐电池(MDC)性能造成的影响,通过对MDC反应器进行优化设计,在MDC反应器的基础上,加装细软管和蠕动泵,增加外源推动力,使阳极室和阴极室中的溶液不断相互中和,研究了rMDC的产电量、脱盐率、两室实... 详细信息

本文为了解决由于pH值不稳定对微生物脱盐电池(MDC)性能造成的影响,通过对MDC反应器进行优化设计,在MDC反应器的基础上,加装细软管和蠕动泵,增加外源推动力,使阳极室和阴极室中的溶液不断相互中和,研究了rMDC的产电量、脱盐率、两室实验前后pH变化以及与MDC进行比较。经实验我们发现MDC启动阶段的最大输出电压值为221.6 mV,启动时间需要12天,rMDC启动阶段的最大输出电压值为419 mV,启动时间缩短至7天,并且具有3天的电压平台期。在确定最佳底物溶液循环流速为0.25 mL·min^-1,初始盐浓度为20 g·L^-1的前提下,以MDC模式和rMDC模式分别进行一个脱盐周期,周期结束后,MDC的脱盐率为39%,rMDC的脱盐率为56.5%,MDC和rMDC复合模式的脱盐率为73%;MDC阳极室溶液pH由6.17变为4.2,阴极室溶液pH由6.1变为10.2,rMDC阳极室溶液PH由6.8变为6.42,阴极室溶液pH由6.8变为6.65。实验结果表明了此次改造对于解决系统内部PH不平衡问题有很大的改善效果,同时也相应提高了产电量和脱盐率,十分具有可行性。

关键词：微生物脱盐电池(MDC) 酸碱度平衡脱盐率产电量

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空气阴极单室MFC对含糖废水的处理研究

化学与生物工程 2021年第7期38卷 57-60,64页

作者：曹文倩琚依婷全秋雨朱重银李永峰程国玲东北林业大学林学院黑龙江哈尔滨150040

通过构建空气阴极单室MFC-降解菌复合系统,探究了在不同糖源浓度、初始pH值及NH_(4)Cl浓度条件下MFC系统对含糖废水的COD去除效果和产电性能。结果表明:该系统对初始pH值为7.2、NH_(4)Cl浓度为80 mg·L^(-1)的4 g·L^(-1)含葡萄糖废水的... 详细信息

通过构建空气阴极单室MFC-降解菌复合系统,探究了在不同糖源浓度、初始pH值及NH_(4)Cl浓度条件下MFC系统对含糖废水的COD去除效果和产电性能。结果表明:该系统对初始pH值为7.2、NH_(4)Cl浓度为80 mg·L^(-1)的4 g·L^(-1)含葡萄糖废水的COD去除效果和产电性能均最佳,COD去除率为94.70%,电压峰值为28.9 mV。

关键词：微生物燃料电池含糖废水 COD 产电量