微生物燃料電池種群互作及其胞外電子傳遞機制解析

《微生物燃料電池種群互作及其胞外電子傳遞機制解析》是依託哈爾濱工業大學，由邢德峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微生物燃料電池種群互作及其胞外電子傳遞機制解析
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邢德峰

項目摘要

微生物燃料電池（MFC）和微生物電解池（MEC）技術打破了傳統廢水處理的概念，在處理廢水的同時回收電能或氫能，是解決能源危機和環境污染問題最有前景的技術之一。本課題研究目的是從群落、純菌和分子水平分析各種生態因子或環境脅迫下的胞外電子傳遞能力。分析不同底物和pH對MFC/MEC生物群落結構和功能的影響。通過新開發的U-tube MFC結合稀釋消亡技術篩選非金屬還原產電菌株，評估可能互作的產電功能種群。分析已有和分離到的非金屬還原產電細菌的產電性能，確定最佳產電生態條件，初步探討其胞外電子傳遞機制。將可能存在互作的不同產電菌株（或與非產電菌株）相復配，利用生物膜原位分析手段，揭示純菌和混菌陽極生物膜形成過程和陽極表面空間競爭，並分析導電胞外聚合物對電能輸出的影響，進而從不同研究水平闡明陽極生物膜種間互作機制。

結題摘要

微生物燃料電池（MFC）和微生物電解池（MEC）技術可實現有機污染物的定向生物轉化，同時將化學能轉化為電能或氫能，是解決環境污染、能源危機和問題最有前景的技術之一。本課題研究目的是從群落、純菌和分子水平分析各種生態因子或環境脅迫下的胞外電子傳遞能力。分析不同生態條件（底物、pH、溫度、金屬離子等）對MFC/MEC生物群落結構和功能的影響。利用生物膜原位分析手段，揭示純菌和混菌陽極生物膜形成過程和陽極表面空間競爭，進而從不同研究水平闡明陽極生物膜種間互作機制。課題在低溫生物電化學系統產電和產氫研究方面取得了重要進展，突破了常規生物制氫技術的溫度極限，揭示了低溫發酵與產電細菌種群互作是發酵性電子供體低溫產電的主要途徑。闡明了溫度交替變化對電極生物膜產甲烷種群形成影響，提出了通過溫度控制產甲烷種群的調控策略。實現了蛋白質、剩餘污泥底物高效產電/產氫，大幅度提高能量轉化效率，揭示了微生物種群互作是碳源梯級利用高效生物轉化的主要原因。研究成果在Energy and Environmental Science、Environmental Science and Technology, Biosensors and Bioelectronics、Water Research、Bioresource Technology等期刊發表SCI論文10篇，平均影響因子5.4，最高影響因子9.61。獲得黑龍江省自然科學二等獎1項。