论文摘要
采用天然海水和海泥构建了海洋沉积物微生物燃料电池,电流输出可达到0.07 A/m~2。这验证了海洋沉积物中是有产电微生物存在的。采用微生物分离纯化的方法在阳极表面分离了一株厌氧微生物,通过分子生物学的方法鉴定表明该微生物是一种硫酸盐还原菌(SRB),属于脱硫弧菌属。为了验证该微生物的电活性,通过计时电流法在工作电极表面施加一个恒定电压作为微生物燃料电池的阳极室。在不同的极化电压条件下阳极电流都能产生,说明该SRB能作为生物催化剂氧化有机物产生电能。在0.0 V极化条件下最大电流密度值为0.33±0.01 A/m~2。为了研究该SRB与阳极之间电子传递机理,本文采用了一系列的电化学测试方法、扫描电镜观察和生长曲线的测定来研究该SRB在极化和非极化条件下石墨电极表面的电化学活性。结果表明该SRB在没有外加氧化还原介体情况下对于增强胞外电子传递起到了关键的作用。扫描电镜观察发现在电极表面上形成了一层电活性微生物膜,这种微生物膜可以加强SRB与石墨电极之间的电子传递过程。将该产电微生物应用于传统的双室微生物燃料电池,电流密度有明显的增长达到最大值17.5 mA/m~2。电池对外输出功率最大为1.4 mW/m~2。为了研究海洋中产电微生物对碳钢的腐蚀可能造成影响,对比研究了连接和未连接海洋沉积物中的石墨电极的碳钢在天然海水中的腐蚀行为,发现在腐蚀后期石墨电极对碳钢腐蚀起到保护作用,这主要可能是海洋沉积物中微生物的作用。通过对比碳钢在天然海水和灭菌海水中的腐蚀行为,表明海水中微生物在碳钢表面形成微生物膜,在腐蚀开始阶段微生物膜对碳钢腐蚀起到了抑制作用,到腐蚀后期微生物膜又加速其腐蚀。海洋微生物对碳钢腐蚀速率及其机理与微生物的种类是密切相关的。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 研究背景1.2 微生物燃料电池1.2.1 MFC的工作原理1.2.2 MFC的基本构造和组成1.2.3 MFC的应用前景1.2.4 沉积物MFC1.3 产电微生物1.3.1 产电微生物的定义1.3.2 产电微生物的类别1.3.3 在MFC中产电微生物的产电机制1.3.4 在MFC中产电微生物的产电能力1.3.5 用于纯的产电微生物研究的MFC构型1.3.6 产电微生物和微生物腐蚀1.4 本课题的主要研究内容、目的及意义1.4.1 研究目的和意义1.4.2 主要研究内容第二章 海洋沉积物中产电微生物的筛选2.1 实验部分2.1.1 实验材料和介质准备2.1.2 海洋沉积物MFC的组装2.1.3 电压采集系统的建立2.1.4 MFC电压的测量及相关物理量的计算2.1.5 微生物分离纯化及鉴定2.2 海洋沉积物MFC的运行2.3 微生物分离纯化及鉴定2.3.1 菌落形态特征观察2.3.2 16S rRNA基因扩增与测序结果2.4 本章小结第三章 产电微生物的电活性及其与电极间的电子传递机制研究3.1 实验材料与方法3.1.1 微生物的培养与准备3.1.2 电化学实验装置3.1.3 电化学实验3.1.4 MPN法绘制微生物生长曲线和环境参数的测量3.1.5 扫描电子显微镜电极表面观察3.1.6 双室型MFC的建立与运行3.1.7 双室型MFC电压的测量及相关物理量的计算3.2 产电微生物的电活性研究3.2.1 产电性的验证3.2.2 极化电压对输出电流的影响3.2.3 基底浓度对输出电流的影响3.2.4 在极化和非极化条件下微生物的生长曲线和环境参数的测量3.2.5 在极化和非极化条件下石墨电极表面扫描电镜（SEM）观察3.2.6 在非极化条件下石墨电极的开路电位特征3.2.7 在极化和非极化条件下石墨电极的循环伏安曲线特征3.2.8 在极化和非极化条件下石墨电极的电化学阻抗特征3.2.9 微生物的产电机理分析3.3 产电微生物在微生物燃料电池中的应用3.4 本章小结第四章 海洋微生物对碳钢腐蚀行为的影响4.1 实验部分4.1.1 实验材料和介质4.1.2 电化学实验4.1.3 微生物分析4.2 16Mn钢的开路电位变化特征4.3 16Mn钢的电化学阻抗谱特征4.3.1 灭菌海水中16Mn钢的电化学阻抗谱4.3.2 天然海水中16Mn钢的电化学阻抗谱4.3.3 在连接条件下16Mn钢在天然海水中的电化学阻抗谱4.3.4 实验结果对比分析4.4 微生物培养结果和分析4.5 本章小结第五章 总结与展望5.1 本文主要结论5.2 对未来工作展望和建议参考文献硕士期间发表文章目录致谢
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