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能源问题与环境问题是当前和今后人类面临的主要问题。在能源方面,除了充分利用太阳能、风能、水能等可再生能源外,不断寻求新的清洁能源也是解决问题的重要途径;在环境方面,水环境、空气环境及土壤环境都与人类生命健康息息相关。本论文首先着眼于新能源的开发,筛选产电性能良好的微生物用于微生物燃料电池,并对产电微生物的产电机理进行研究;其次,本论文还建立及优化了一种电化学杀藻/去藻方法,为水环境藻污染治理提供了一种新的途径和方法。主要研究及结果如下: 1、建立起了一种快速筛选产电微生物方法,装置简单,筛选周期短,从自然废水中筛选3d左右,从已有菌株中筛选1d左右;通过本筛选方法,共获得16株产电微生物,其中MFC-1菌株和MFC-2菌株的产电性能较好,经鉴定,产电菌株MFC-1和MFC-2分别为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus MFC-1)和短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus MFC-2),这两种细菌尚无产电活性报道。 2、在双室微生物燃料电池装置中进一步测定了MFC-1和MFC-2菌株的产电性能,两株菌株分别在30h后既能达到稳定电压值;开路电压分别为720mV和780mV,最大功率密度分别为127mW/m2和203mW/m2。 3、利用扫描电镜观察了MFC-1和MFC-2菌株在阳极上的生长特性,发现有类似“纳米天线”的结构,并随时间增长,在阳极表面形成致密的生物膜;采用循环伏安扫描法,分别测定了MFC-1菌株和MFC-2菌株的电化学活性,证明这两株细菌是通过生物膜中的细胞色素C进行电子传递,而不是通过向介质中分泌氧化还原物质。 4、利用藻细胞表面带负电荷的特性,建立了一种基于电化学的杀藻新方法,即采用水平放置电极,电极由碳布等制成,直接与直流电源的正负极连接,电极间的电流密度为0.50mA/cm2,通电时间为30min,能量消耗为0.08kWh/m3,3d后对铜绿微囊藻的杀藻率约为80%,1d后的去藻率约为50%,具有杀藻和去藻双重效果。 5、该方法的杀藻/去藻效果不受电极材料、电极距离和电极面积影响,只与电极间的电流密度有关。该方法对淡水中常见的微囊藻、束丝藻、鱼腥藻、并联藻和栅藻等均有很好的杀藻效果和去藻效果,杀藻率在65%~95%之间,去藻率在32%~74%之间。可用于控制天然水体中的藻污染,具有潜在的应用价值。 6、用PI染色法以及胞外藻毒素的HPLC检测,探讨了电化学方法的杀藻机理,证明该方法主要通过破坏藻细胞膜的完整性而导致细胞死亡。FDA染色观察显示,藻细胞在电极间的移动及聚集是去除藻的主要原因。 综上所述,本研究建立了一种快速简单的产电微生物筛选方法,获得2株高效产电微生物,为新微生物燃料电池的研发提供了材料;构建了一种基于电化学的杀藻/去藻新方法,为控制湖泊生态系统中的水华污染提供一种新的思路和技术。