海洋生物膜的电活性及其在微生物燃料电池中的应用基础研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 许凤玲 |
| 答辩日期 | 2009-05-04 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院海洋研究所 |
| 授予地点 | 海洋研究所 |
| 关键词 | 海洋生物膜 电活性生物膜 电位变正 电子传递 微生物燃料电池 |
| 其他题名 | The foundational investigation of the marine electro-active biofilms and the application in the microorganism fuel cells |
| 英文摘要 | 海洋电活性微生物（又称电活性生物膜，electroactive biofilms, EABs）是自然界存在的一类功能性微生物，能够将代谢有机物产生的电子直接或间接传递给电极，人们对其在环境中的广泛性及其在生物防腐、生物能源和生物修复中的应用正在开展广泛的研究。 本论文着眼于海洋天然生物膜的电活性，从微生物腐蚀和微生物燃料电池的角度，考察研究了海洋天然生物膜对316L SS腐蚀行为的影响，发现海洋天然生物膜能抑制316L SS腐蚀，系统研究了海洋生物膜与石墨等电极的电子传递过程，提出了电活性生物膜（EABs）与电极间的电子传递机制，并初步研究了海洋电活性生物膜在微生物燃料电池(MFCs)中的应用。 对附着天然海洋生物膜的316L SS研究发现，生物膜使316L SS电位正移了500mV （vs. Ag/AgCl）。316L SS表面附着海洋生物膜后，其孔蚀电位由原来的50mV增加到540mV，孔蚀敏感性降低；同时，海洋生物膜的附着导致316L SS的阻抗增加，由此，我们明确提出海洋生物膜能够抑制316L SS腐蚀的发生。进一步研究了生物膜抑制腐蚀发生的可能机理。循环伏安实验表明，海洋生物膜与不锈钢电极之间存在电子传递过程。扫描电镜（SEM）及能谱（EDS）分析发现有钙盐的沉积生成。通过以上结果我们提出了生物膜对腐蚀的抑制机制假设，即在电极与电活性海洋生物膜间发生了电子传递，海洋生物膜能够将电子传递给不锈钢，316L SS作为电子接受体受到保护。 为进一步研究天然海洋生物膜的这种电活性，我们选择不会发生腐蚀的惰性电极材料石墨，玻碳，碳纸电极验证生物膜的电活性。 首次考察了天然海洋生物膜对石墨电极和玻碳电极的开路电位变化的影响，结果显示随电极在天然海水中浸泡时间，石墨电极正移50mV vs. Ag/AgCl，玻碳电极正移了300 mV （vs. Ag/AgCl）。与316L SS相似，三种电极的变正趋势相同，都经历了三个阶段，即初始缓慢变正期，随后的指数变正期和以后的稳定期，此与生物膜在固体表面形成的趋势相似。伏安曲线及阻抗实验结果表明，在石墨，玻碳和碳纸电极材料表面附着海洋生物膜后，电流密度增加，电荷转移电阻减小，说明生物膜与电极间存在电子传递，并能加速电子传递过程，不同材料表面生物膜的电活性能力由大到小为石墨＞316L SS＞碳纸＞玻碳。 进一步研究了海洋沉积物-海水生物膜微生物燃料电池，初步建立了相应的电极材料和微生物燃料电池结构。我们选择石墨阳极和石墨阴极或316L SS阴极组装海泥沉积物(阳极区)和海水（阴极区）MFC，316L SS代替石墨做阴极最大输出电量达9mW.m-2，约为后者的2倍。两种MFC输出电流和功率密度随时间的延长而增加的趋势相同，都可以分为三个阶段，即初期的缓慢增加阶段，中期的指数增长阶段，后期的平台稳定期阶段。这也与生物膜在固体表面形成的趋势相似。此研究也说明优化316L SS表面性质筛选活性海洋生物膜用于MFC有其潜在的应用价值。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-11-04 |
| 页码 | 104 |
| 源URL | [http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/830]  |
| 专题 | 海洋研究所_海洋环流与波动重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 许凤玲. 海洋生物膜的电活性及其在微生物燃料电池中的应用基础研究[D]. 海洋研究所. 中国科学院海洋研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：海洋研究所
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