本發(fā)明涉及微生物燃料電池，特別涉及一種電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、微生物燃料電池(mfc)是一種典型的生物電化學(xué)系統(tǒng)，利用電活性菌的能量代謝從有機(jī)基質(zhì)中收集電力，由于其同時(shí)滿足可持續(xù)清潔能源生產(chǎn)及有機(jī)廢水、廢氣、固廢處理的巨大潛力而引起人們的廣泛關(guān)注。盡管近年來(lái)取得了巨大的進(jìn)步，但在生物/非生物界面上的低效率電子轉(zhuǎn)移仍然是mfc實(shí)際應(yīng)用的瓶頸。

2、有效的界面電子轉(zhuǎn)移需要跨膜電子轉(zhuǎn)移管道和導(dǎo)電的非生物表面之間的緊密接觸目前，mfc中對(duì)于生物/非生物界面的優(yōu)化主要集中于對(duì)陽(yáng)極材料的改性，如提高陽(yáng)極的導(dǎo)電性、親水性、生物相容性等等。但以上方法都不能從根本上解決微生物胞內(nèi)/胞外電子傳遞受限的問(wèn)題，陽(yáng)極微生物本身的電子傳遞能力才是限制mfc產(chǎn)電性能的主要因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提出一種電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法及應(yīng)用，解決上述問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、1、一種電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法，包括以下步驟：

4、(1)將電活性菌s.onesidensis?mr-1采用營(yíng)養(yǎng)肉湯液體培養(yǎng)基培養(yǎng)，制得電活性菌懸浮液；

5、(2)將電活性菌懸浮液加入到鐵源溶液中反應(yīng)，超純水洗滌并離心，加入吡咯，混合反應(yīng)，制得ppy@mr-1生物雜化體；

6、(3)將ppy@mr-1生物雜化體加入到dm液體培養(yǎng)基中，通入氮?dú)?，加入鐵源、硫代硫酸鈉和碳源，混合培養(yǎng)，制得fes/ppy@mr-1。

7、進(jìn)一步的，步驟(1)中，所述營(yíng)養(yǎng)肉湯液體培養(yǎng)基原料包括9-11g/l蛋白胨，2-4g/l牛肉粉，3-7g/l氯化鈉，0.5-1.5g/l葡萄糖。

8、進(jìn)一步的，步驟(2)中，所述鐵源為氯化鐵和硝酸鐵中的一種或兩種，鐵源濃度為5-15mmol/l，將電活性菌懸浮液加入到鐵源溶液中在28-32℃、90-110rpm下反應(yīng)20-40min。

9、進(jìn)一步的，步驟(2)中，所述吡咯濃度為0.88-2.64μl/ml，混合反應(yīng)時(shí)間為2-10h。

10、進(jìn)一步的，步驟(3)中，氮?dú)馔ㄈ霑r(shí)間為10-20min，所述鐵源為檸檬酸鐵、氯化鐵和硝酸鐵中的一種或幾種，鐵源濃度為0.1-2.0mmol/l，所述硫代硫酸鈉的濃度為0.1-2.0mmol/l，所述碳源為乙酸鈉、乳酸鈉和葡萄糖的中的一種或幾種，碳源濃度為15-25mmol/l。

11、進(jìn)一步的，步驟(3)中，所述dm液體培養(yǎng)基的配方為2-3g/l碳酸氫鈉、0.04-0.08g/l氯化鈣、0.8-1.2g/l氯化銨、0.1-0.3g/l六水氯化鎂、8-12g/l氯化鈉、7-7.4g/l?4-羥乙基哌嗪乙磺酸，所述混合培養(yǎng)溫度為30-37℃，培養(yǎng)時(shí)間為16-48h。

12、進(jìn)一步的，所述長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法為將fes/ppy@mr-1接種至mfc反應(yīng)器。

13、進(jìn)一步的，mfc反應(yīng)器的搭建與啟動(dòng)：采用雙室反應(yīng)器，陽(yáng)極室和陰極室之間用nafion?117質(zhì)子交換膜隔開(kāi)，陽(yáng)極材料為碳刷，陰極材料為石墨棒。

14、進(jìn)一步的，所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道在提高微生物燃料電池電子轉(zhuǎn)移效率中的應(yīng)用。

15、進(jìn)一步的，所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道在降解對(duì)二甲苯中的應(yīng)用。

16、進(jìn)一步的，mfc反應(yīng)器陽(yáng)極液中還含有克雷伯氏菌hn02。

17、進(jìn)一步的，mfc反應(yīng)器陽(yáng)極液中克雷伯氏菌hn02的od600為0.9-1.1。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、本發(fā)明將ppy聚吡咯包裹在電活性菌表面，并在胞內(nèi)/胞外原位合成fes納米顆粒，ppy與fes優(yōu)異的導(dǎo)電性能形成了一個(gè)覆蓋全細(xì)胞的電子傳遞網(wǎng)絡(luò)通道，可以最大化電子傳遞速率及電子回收效率，從而提升mfc的產(chǎn)電性能及對(duì)有機(jī)底物的降解性能。

技術(shù)特征：

1.一種電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法，其特征在于，步驟(1)中，所述營(yíng)養(yǎng)肉湯液體培養(yǎng)基原料包括9-11g/l蛋白胨，2-4g/l牛肉粉，3-7g/l氯化鈉，0.5-1.5g/l葡萄糖。

3.如權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法，其特征在于，步驟(2)中，所述鐵源為氯化鐵和硝酸鐵中的一種或兩種，鐵源濃度為5-15mmol/l，將電活性菌懸浮液加入鐵源溶液中在28-32℃、90-110rpm下反應(yīng)20-40min。

4.如權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法，其特征在于，步驟(2)中，所述吡咯濃度為0.88-2.64μl/ml，混合反應(yīng)時(shí)間為2-10h。

5.如權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法，其特征在于，步驟(3)中，氮?dú)馔ㄈ霑r(shí)間為10-20min，所述鐵源為檸檬酸鐵、氯化鐵和硝酸鐵中的一種或幾種，鐵源濃度為0.1-2.0mmol/l，所述硫代硫酸鈉的濃度為0.1-2.0mmol/l，所述碳源為乙酸鈉、乳酸鈉和葡萄糖中的一種或幾種，碳源濃度為15-25mmol/l。

6.如權(quán)利要求1所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法，其特征在于，步驟(3)中，所述dm液體培養(yǎng)基的配方為2-3g/l碳酸氫鈉、0.04-0.08g/l氯化鈣、0.8-1.2g/l氯化銨、0.1-0.3g/l六水氯化鎂、8-12g/l氯化鈉、7-7.4g/l?4-羥乙基哌嗪乙磺酸，所述混合培養(yǎng)溫度為30-37℃，培養(yǎng)時(shí)間為16-48h。

7.如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道在提高微生物燃料電池電子轉(zhuǎn)移效率中的應(yīng)用。

8.如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的電導(dǎo)層耦合生物源fes納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道在降解對(duì)二甲苯中的應(yīng)用。

9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，mfc反應(yīng)器陽(yáng)極液中還含有克雷伯氏菌hn02。

10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，mfc反應(yīng)器陽(yáng)極液中克雷伯氏菌hn02的od600為0.9-1.1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種電導(dǎo)層耦合生物源FeS納米顆粒的長(zhǎng)程電子傳遞通道的建立方法，本發(fā)明將聚吡咯(PPy)包裹在電活性菌表面，并在胞內(nèi)/胞外原位合成FeS納米顆粒，PPy與FeS優(yōu)異的導(dǎo)電性能形成了一個(gè)覆蓋全細(xì)胞的電子傳遞網(wǎng)絡(luò)通道，可以最大化電子傳遞速率及電子回收效率。

技術(shù)研發(fā)人員：孫蕾,袁丹,萬(wàn)順剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：海南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/26