一种辅助产电的光合微生物在微生物燃料电池中的应用制造技术

一种辅助产电的光合微生物在微生物燃料电池中的应用属于微生物领域。微生物属于Pseudomonas(假单胞菌属)，为Pseudomonas mendocina(门多萨假单胞菌)，编号：LR134290，用于辅助微生物菌株降解污水中的有机污染物。进一步，在MFCs两室中分别加入阳极缓冲液、阴极缓冲液和碳布。其中，阳极的碳布接种野生菌等大肠杆菌菌株，阴极的碳布接种光合微生物菌株。光合微生物菌株在MFCs阴极室辅助大肠杆菌BL21野生菌或大肠杆菌F6PB菌株产电。现有的PMFCs产电效率极低，无法满足在处理废水等污染物需求。本专利所筛选的菌株在辅助产电菌时，可使燃料电池所产生的电压至少提高两倍。可使燃料电池所产生的电压至少提高两倍。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助产电的光合微生物在微生物燃料电池中的应用


[0001]本专利技术属于微生物领域。

技术介绍

[0002]微生物燃料电池(MFCs,Microbial fuel cells)：一种利用产电微生物新陈代谢的途径，将代谢过程中的化学能直接转化为电能的装置。
[0003]光合微生物燃料电池(PMFCs,Photosynthetic microbial fuel cells)：在微生物燃料电池中的基础上，加入光合微生物进行产电的装置。
[0004]微生物太阳能菌株：在光照条件下可进行生长繁殖的菌株。
[0005]野生菌株：自然界中天然存在、未经人为改造的微生物菌株。
[0006]改造菌株：在野生菌株基础上，按照人们的意愿对其形态、结构、功能、群落分布等方面进行改造，使之更好地为人们所应用的菌株。
[0007]近年来，物理、化学和生物法联合处理污水得到了广泛的应用。其中，生物法作为一类新出现的方法有着较大的提高空间。微生物燃料电池(MFCs)，即为一种新的、处于研究中的、尚未推广的处理污水等污染物的技术。MFCs，顾名思义，就是将微生物降解污染物中释放出的能量，转化为电能并加以利用的装置。它可以实现能量再利用，减少能量损耗，降低碳排放，高效降解废水、有机污染物等，对于环境保护有着重大的意义。然而，与传统的微生物处理污染物相比，MFCs有着成本高、设备容量小、电能转化率低、难以扩大化使用、处理污染物效率低等缺点。近年来，人们一直从菌种类型、设备构造、电极材料、电阻材料等方面进行改进，来提高MFCs的工作效率，为最终的实际应用奠定基础。
[0008]微生物太阳能燃料电池(PMFCs)另辟蹊径，从MFCs的工作原理出发，在MFCs的基础上，选择合适的光合微生物作为电子供受体或活性氧供体，甚至可经处理作为阳极微生物，进而提高MFCs的废水处理效率或产电效率，并在一定程度上获取得了令人满意的结果。其中，微生物太阳能燃料电池有三种类型——阳极光合生物太阳能电池、阴极光合生物太阳能电池和单一光合生物太阳能电池。阳极光合微生物太阳能电池是将产电微生物和光合微生物均放入电池的阳极室中；阴极光合微生物太阳能电池是将产电微生物放入电池阳极室而将光合微生物放入阴极室；单一光合微生物太阳能电池是仅在电池的阳极室中放入光合微生物。
[0009]由于一般的MFCs都需要在阴极提供电子受体的情况下才能够正常工作，完成产电的过程，而氧气是最常见也是最易得的电子受体，即以机械曝气的方式向阴极提供氧气或直接将阴极暴露在空气中以获得充足的氧气。但从经济等角度考虑，使用这些方法进行产电成本高，效率低。因此，阴极光合微生物太阳能电池因光合生物可自主产生氧气提供电子受体这一点受到了青睐。

技术实现思路

[0010]一种辅助产电的光合微生物在MFCs中的应用，其特征在于：
[0011]微生物为Pseudomonas mendocina(门多萨假单胞菌)，编号：LR134290，用于辅助微生物菌株降解污水中的有机污染物。
[0012]进一步，在MFCs两室中分别加入阳极缓冲液、阴极缓冲液和碳布。其中，阳极的碳布接种野生菌等大肠杆菌菌株，阴极的碳布接种光合微生物菌株。光合微生物菌株在MFCs阴极室辅助大肠杆菌BL21野生菌或大肠杆菌F6PB菌株产电。
[0013]现有的PMFCs产电效率极低，无法满足在处理废水等污染物需求。本专利所筛选的菌株在辅助产电菌时，可使燃料电池所产生的电压至少提高两倍。
附图说明
[0014]图1PMFCs结构示意图
[0015]图2实验流程图
[0016]图3二倍浓度驯化数据
[0017]图4三倍浓度数据图
[0018]图5四倍浓度数据图
[0019]图6五倍浓度数据图
[0020]图7一倍驯化数据图
[0021]图8三倍浓度数据图
具体实施方式
[0022]构建基因工程菌株
[0023]选择糖代谢途径中关键性基因作为目的基因，根据已知目的基因序列和所选择的表达载体设计引物，PCR扩增目的基因。将目的基因和表达载体相连，然后转化到感受态细胞中，发酵培养并收集保存菌液，鉴定表达载体中的基因序列是否正确。
[0024]将鉴定正确的基因工程菌株投入到MFCs中测试产电效果。
[0025]筛选纯化光合微生物菌株在北京化工大学昌平校区收集湖水以及湖水周围的土壤。湖水直接涂布到配置好的固体培养基BG11上，土壤制作悬浊液后进行涂布，置于光照培养箱中培养一周。
[0026]表1 BG11培养基使用配方
[0027][0028]挑取生长状况较好的菌落划线到新的固体培养基中进行纯化培养，置于光照培养箱中培养一周。
[0029]选择在划线平板上生长较好的菌，转移到液体培养基BG11中富集，置于光照培养箱中培养一个月。
[0030]对液体培养基中的菌种用甘油进行保藏——900μL菌液+300μL甘油，置于
‑
80℃冰箱中保藏。
[0031]搭建PMFCs
[0032]将筛选出的光合微生物菌株投入到MFCs中进行功能分析。
[0033]在MFCs两室中分别加入阳极缓冲液和阴极缓冲液和5cm
×
5cm大小的碳布。其中，阳极的碳布接种大肠杆菌，阴极的碳布上接种保藏的光合微生物菌株。同时，以阴极室碳布上无光合微生物菌株的作对照。葡萄糖作为大肠杆菌的营养物质，BG11作为光合微生物菌株的营养物质。
[0034]表2阳极缓冲液配方
[0035][0036]表3阴极极缓冲配方
[0037][0038]表4微量元素配方
[0039][0040][0041]将阳极缓冲液中的葡萄糖设定4个浓度梯度，分别是：2倍浓度梯度(2g/L)、3倍浓度梯度(3g/L)、4倍浓度梯度(4g/L)、5倍浓度梯度(5g/L)。
[0042]每个浓度梯度为一个周期，每个周期大概为15
‑
30天(根据电压的变化而定)，整理并记录每天电压的数据。驯化的周期为18
‑
20天。
[0043]具体实例1
[0044]在筛选的菌株中，我们用No.14在MFCs阴极室辅助大肠杆菌BL21野生菌产电，与无No.14辅助的MFCs做对比。
[0045]表5 14号菌辅助大肠杆菌BL21野生菌数据表
[0046][0047][0048][0049]具体实例2
[0050]用No.14在MFCs阴极室中辅助阳极室中的大肠杆菌F6PB菌株，用以和无No.14辅助的MFCs做对比，电压数据和曲线图如下：
[0051]表6 14号菌辅助大肠杆菌F6PB菌株数据
[0052][0053][0054]本实验筛选的光合微生物菌株对大肠杆菌BL21野生菌和大肠杆菌F6PB菌株的产电电压都有一倍以上的提升，有的条件可达到三倍之多。
[0055]关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辅助产电的光合微生物在微生物燃料电池中的应用，其特征在于：微生物为Pseudomonas mendocina(门多萨假单胞菌)，编号：LR134290，用于辅助微生物菌株降解污水中的有机污染物。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：Pseudomonas ...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻长远，国震宇，刘庠诗，黄天灏，王宇，曹纳真，周星燃，马丽亚，公腾，王宇航，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：