《微生物層面上微生物-電極界面過程的機制研究》是依託浙江大學，由成少安擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微生物層面上微生物-電極界面過程的機制研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：成少安
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微生物-電極的界面過程是微生物電化學體系的核心，查明界面過程機制是開發高性能微生物電化學技術的關鍵。目前，微生物-電極界面過程的研究，特別是電子傳遞機制的研究主要基於生物膜層面上的整體生物膜電化學性能與局部微生物-電極界面形貌、成分相結合，由於不能確定所分析的界面參與了產電，因此，所提出的電子傳遞機理只是一種推測。本項目擬建立微電極、同步現場觀察微生物-電極界面過程的研究系統，以控制生物膜生長獲得單個微生物生物膜、單層多個微生物生物膜、由多層微生物生物膜，採用現場界面觀察和現代電化學技術，系統地研究微生物-電極界面、同類微生物界面、和異類微生物界面的特徵和對應的電化學特性；採用電化學噪聲技術解析電極表面微生物的新陳代謝和吸脫附所引起的電信號波動；實現產電性能與微生物-電極界面特徵的關聯；從微生物層面上全面解析產電微生物-電極的界面過程，為提升微生物電化學體系的性能提供理論依據。
結題摘要
合理利用資源，實現廢物的資源化利用成為解決環境污染、資源短缺和能源危機的重要途徑。以微生物燃料電池為代表的微生物電催化能源轉化系統將廢棄物中的有機物的化學能轉化成電能或燃料等有用資源，同時高效處理廢棄物，成為一種全新的廢棄物資源化技術。而微生物-電極的界面過程是微生物電化學體系的核心，查明界面過程機制是開發高性能微生物電化學技術的關鍵。本項目建立了從巨觀到微觀的小型電池、碳纖維電極電池系統和微通道電池系統等三種研究電池系統。構建了同步現場觀察微生物-電極界面過程的研究系統。研究了純菌和和混菌的生物膜生長過程；採用現場界面觀察、現代電化學技術、掃描電子顯微鏡和雷射共聚焦顯微鏡，系統地探討了生物膜結構如微生物-電極界面、同類微生物界面、和異類微生物界面的特徵和對應的電化學特性；採用電化學噪聲技術解析電極表面微生物的新陳代謝和吸脫附所引起的電信號波動；實現產電性能與微生物-電極界面特徵的關聯；全面解析產電微生物-電極的界面過程；探討了產電生物膜中微生物之間和微生物與電極之間的電子轉移和質子遷移機制；研究表明：（1）對產電混菌，微生物在電極表面吸附生長與電極的導電性相關，生物在電極上選擇吸附生長而不均勻生物膜。在高導電區，微生物易吸附，呈類平行電極表面排列的緊密堆積，微生物之間的電子傳遞以電子中介體機理為主；在低導電區，微生物不易吸附，生物呈垂直電極表面疏鬆排列，微生物之間的電子傳遞可能以直接電子傳遞或納米導線機理為主。（2）對純菌，微生物優先在某些區域吸附，而後沿電極表面平行成長，成熟生物膜呈內死外活的結構，微生物之間的電子傳遞主要為電子中介體機理。混合菌也呈現兩層結構的生物膜，這種生物膜結構的形成可能與多種因素有關如電流密度。（3）微生物在電極表面的移動和吸脫附能產生電信號波動，說明微生物產電的電子傳遞以中介體機理為主。研究結果可為提升微生物電化學體系的性能提供理論依據。
