微生物电池(改)剖析上课讲义
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大家好,大家一想到细菌可能会觉得不舒服,但是随着生物技术的发展表明,这些小家伙对我们是分外友好的,比如我今天展示的主题是关于微生物发电方面,即利用微生物将有机物中的化学燃料能直接转化成电能。
大量研究证明,微生物发电是很有潜力的。
这是我今天展示的四个部分,首先是细菌发电的技术原理,(以电池为例)一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。
其基本工作原理是:在阳极室厌氧环境下,有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子,电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递,并通过外电路传递到阴极形成电流,而质子通过质子交换膜传递到阴极,氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。
与其他类型燃料电池类似,微生物燃料电池的基本结构为阴极池和阳极池。
根据阴极池结构的不同,MFC 可分为单池型和双池型2 类; 根据电池中是否使用质子交换膜,也可分为有膜型和无膜型2 类; 根据电子传递方式的不同,又可分为直接型和间接型2 类。
(其中单池型MFC 由于其阴极氧化剂直接为空气,因而无需盛装溶液的容器; 无膜型燃料电池则是利用阴极材料具有部分防空气渗透的作用而省略了质子交换膜。
直接型MFC 采用的产电细菌具有将氧化产生的电子传递到阳极的能力。
)这张图是传统微生物燃料电池的结构图,这一张图上大家可以看到细菌在这个流程中的作用。
但是细菌并不是只有靠着电极才可以发电,但是科学家发现有些可以产生电流的细胞如地杆菌在细胞外长有长长的、纤细的丝。
试验证明细菌的这些细长的丝是它们纯天然的“电线”,实现细菌远距离发电。
常见产生电流的菌种:希瓦氏菌,铁还原红育菌,硫还原泥土杆菌这种电池的原料广泛,可以是糖类,包括葡萄糖以及果糖、蔗糖,甚至从木头和稻草中提取出来的含糖副产品的木糖等,都可以充当细菌发电的原料。
细菌发电所用的糖完全可以用诸如锯末、桔秆、落叶等废有机物的水解物来替代,也可以利用分解化学工业废物如无用聚合物来发电。