CN103215205A - 一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用 - Google Patents

一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103215205A
CN103215205A CN2013101197493A CN201310119749A CN103215205A CN 103215205 A CN103215205 A CN 103215205A CN 2013101197493 A CN2013101197493 A CN 2013101197493A CN 201310119749 A CN201310119749 A CN 201310119749A CN 103215205 A CN103215205 A CN 103215205A
Authority
CN
China
Prior art keywords
application
citrobacter freundii
bacteria suspension
mfc
damping fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013101197493A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103215205B (zh
Inventor
朱能武
彭月
吴平霄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201310119749.3A priority Critical patent/CN103215205B/zh
Publication of CN103215205A publication Critical patent/CN103215205A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103215205B publication Critical patent/CN103215205B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用，该菌是费氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）Z7，由中国典型培养物保藏中心保藏，简称CCTCC，保藏号为：CCTCC NO:M2012447，保藏日期为2012年11月6日。该菌可在厌氧条件下传递电子至胞外电子受体，接种至微生物燃料电池中可以在降解有机物的同时产生电能。与其他菌株相比，菌株Citrobacter freundii Z7不仅具有很强的电化学活性，还能利用多种类型的有机物作为唯一碳源进行产电。基于上述特性，该菌在环境污染修复及生物能源回收中具有很好的应用。

Description

一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用
技术领域
本发明属于环境污染生物处理和生物能源技术领域，具体涉及一株产电费氏柠檬酸杆菌及其应用。
背景技术
工业革命以来，污水处理一直是全世界，尤其是发展中国家共同关心的问题。污水处理可以获得显著的社会效益和环境效益，但是，传统污水处理工艺由于能耗大、运行管理费用高，因此投入大而产出少，经济效益微薄。近年来，微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）技术的兴起为能源与环境的可持续发展提供了新的途径。
MFC是一种特殊的燃料电池，它以微生物为生物催化剂，燃料中有机物或者无机物能在阳极区被氧化成二氧化碳，产生的电子和质子被转移到阴极区后与最终电子受体（如氧气）反应生产水，最终将燃料中有机物或者无机物的化学能并转化电能。该技术具有无污染、污泥产生量小的特点，在处理污水的同时，还能获得电能。若能将废水中有机物的化学能转化为清洁的电能，同时又可以使废水得到处理，一方面可以缓解现行的污水处理工艺消耗的大量电能的压力，另一方面还可以最大限度地实现废水处理和可持续发展。
目前，国内外学者已经验证了20多个属的微生物可以产电，包括希瓦氏菌、地杆菌、脱硫弧菌、产气假单胞菌和绿脓杆菌等，但是总体而言，已知的产电微生物种类仍然非常有限。已经证实可以产电的微生物在用于实际废水处理及环境污染修复时仍存在不足。一方面，这些菌种的产电性能还有待提高；另一方面，一些产电菌利用底物类型比较单一。由于实际废水及环境污染的成分十分复杂，因此寻找一种能够利用多种底物，修复多种类型的环境污染的高效产电菌是目前MFC研究的热点问题。
柠檬酸杆菌属（Citrobacter sp.）属于γ-变形菌纲，兼性厌氧-好氧，在土壤、水体和污水中广泛存在。关于Citrobacter sp.细菌在MFC中催化有机物产电的已有若干报道。Gunasekaran等曾测试从工业废水中分离到的Citrobactersp.细菌利用葡萄糖产电的可行性。Xu和Liu曾从微生物燃料电池阳极生物膜分离到一株Citrobacter sp.SX-1，鉴定结果显示其为柠檬酸杆菌属的新种，并考察了该菌株利用有机物产电的特性。从上述报道可以看出，到目前为止，还没有直接从富集的MFC阳极生物膜中分离到Citrobacter freundii产电细菌的详细报道，且利用不同电子供体产电特性有待探明。
发明内容
本发明克服了上述缺陷，提供一种一株产电费氏柠檬酸杆菌及其主要在环境污染修复及生物能源回收中的应用。
本发明所提供的一株费氏柠檬酸杆菌，它来源于广州西朗污水处理厂生化池的泥水混合物，经微生物燃料电池的电化学富集培养、人工分离纯化得到，该菌是费氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）Z7，由中国典型培养物保藏中心保藏，简称CCTCC，保藏号为：CCTCC NO:M2012447，保藏日期为2012年11月6日，保藏地址为中国.武汉.武汉大学。该菌在柠檬酸铁培养基上的菌落为圆形、平滑、中心红褐色、边缘灰色，直径约2mm。透射电镜下观察该菌的形态为杆状，长约1～5μm，宽约0.4～0.7μm，周生鞭毛，生长对数期为2～18h。生物学特性为：革兰氏染色阴性，兼性厌氧，具有铁还原性，可利用柠檬酸盐、醋酸盐、卫矛醇、丙三醇、肌醇、乳果糖、D-来苏糖、麦芽糖醇、蜜二糖、异麦芽糖、棉子糖、L-山梨糖蔗糖、葡萄糖、鼠里糖、乳糖，不能利用丙二酸盐和D-酒石酸盐。该菌可在厌氧条件下传递电子至胞外电子受体。菌株Z7的16S rDNA的登录号为JX185134。
上述菌株CCTCC M2012447在产生物电中的应用，主要是可以应用于环境污染生物处理和生物能源技术回收中，具体操作步骤如下：
（1）将所述权利要求1所述菌株接种至柠檬酸铁培养基中，30±5℃厌氧培养；取对数期生长中期的菌液，离心，弃上清液，添加PBS缓冲液摇匀，按上述步骤将所得菌悬液再次离心，如此反复清洗2次，添加PBS缓冲液制成菌悬液；
（2）启动单室空气阴极微生物燃料电池，将（1）中获得的菌悬液与营养液混合后接种于微生物燃料电池，在步骤（1）的培养温度下恒温运行即可。当MFC的输出电压达到100mV以上，视为启动成功。此后，仅更换含电子供体的营养液。
优选地，所述柠檬酸铁培养基组分如下：胰蛋白胨10g·L-1，酵母提取物5g·L-1，氯化钠10g·L-1，添加20mmol·L-1的柠檬酸铁为电子供体；所述营养液成分为30mmol·L-1的电子供体，50mmol·L-1PBS缓冲液以及少量维生素和微量元素。
优选地，所述营养液成分为柠檬酸盐、葡萄糖、乳糖、丙三醇、鼠里糖和蔗糖中的一种或几种；所述PBS缓冲液为NH4Cl0.31g·L-1，NaH2PO4·H2O2.452g·L-1，Na2HPO44.576g·L-1，KCl0.13g·L-1，pH7.0。
优选地，步骤（2）中所述微生物燃料电池为圆柱形（截面直径为2cm，有效容积6.28cm3），材质为聚碳酸酯。空气阴极为载铂碳纸（0.5mg·cm-2），阳极为硝酸改性碳毡，阴极内侧为一层阳离子交换膜，电极间距为2cm，用钛丝做电子集流体。
优选地，步骤（2）中所述MFC的输出电压（U）采用Keithley2700采集。
优选地，步骤（2）中所述阳离子交换膜预先用5%NaCl浸泡24h。
优选地，所述制成的菌悬液的OD600为0.6。
优选地，所述柠檬酸铁培养基和营养液的pH为7.0～7.4。
优选地，步骤（1）所述培养温度为30±1℃，培养时间为16-18h，离心条件为5000r/min离心10分钟。
优选地，所述菌悬液与营养液的体积比为1：5。
所述菌株CCTCC M2012447在环境污染生物处理和生物能源技术领域中的应用。以柠檬酸盐为基质时，该菌株构建的单室空气阴极MFC可产生最大输出电压0.255V，最大功率密度为204.5mW·m-2。除柠檬酸盐外，该菌还能利用葡萄糖、乳糖、蔗糖、丙三醇、鼠里糖产电。这说明菌株Citrobacter freundiiZ7不仅具有较强的电化学活性，还能利用多种类型的有机物作为唯一碳源进行产电。添加电池的阳极滤液和外源电子传递中间体（AQDS）都对该菌株的产电过程具有一定的促进作用。
本发明与现有技术相比优点是该菌株CCTCC M2012447表现出较强的电化学活性，在不添加外源电子传递中间体时也可以产生较为显著的电能，在以柠檬酸盐为基质时最大功率密度为204.5mW·m-2。该菌株CCTCC M2012447还可以利用多种类型的有机物产电，这意味着该菌将在多种工业废水处理及环境污染修复中发挥重要作用。同时，该菌株为兼性厌氧型，产电过程中并不需要严格的厌氧环境，减小了实际应用中对废水及环境污染处理装置的要求。
附图说明
图1为实施例1以生化池泥为接种物的MFC启动电压图。
图2为实施例2的菌株循环伏安曲线图。
图3为实施例3的菌株以多种有机物为基质的MFC电压、功率密度和库伦效率图。
图4为实施例4的菌株以柠檬酸盐为基质的（a）MFC电压、（b）极化曲线和（c）电极电势图。
图5为实施例4中MFC阳极生物膜显微观察图，（a）为空白阳极，×500倍；（b）为阳极生物膜，×500倍；（c）为阳极生物膜，×5000倍；（d）为附着在单个碳纤维上的菌体，×40000倍。
图6为实施例5中MFC阳极的原位循环伏安曲线图。
图7为实施例5中MFC阳极排出液的循环伏安曲线图。
图8为实施例6中添加阳极排出液对MFC输出电压的影响曲线图。
图9为实施例7中添加外源AQDS对MFC输出电压的影响曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。本发明实施例中所用生化池泥来自广州市西朗污水处理厂。
实施例1
菌株CCTCC M2012447的筛选及分离
取污水处理厂生化池泥300mL转移到500mL烧杯中，加入葡萄糖营养液200mL，搅拌均匀，用NaHCO3溶液调整pH值到7.0左右（6.7-7.2），置于30℃培养箱培养1天。测定pH值，并适时用NaHCO3溶液调整pH值到6.7-7.2，搅拌均匀，待其沉淀后，弃去上清液。如此重复培养3天备用。
启动单室空气阴极微生物燃料电池，所述的MFC为长方体（长×宽×高=8.5×7×6.5cm3，有效容积200mL），材质为0.5cm的有机玻璃，一端以盲板封闭，另一端用夹板放置阴极。空气阴极为载铂碳纸（0.5mg·cm-2），阳极为硝酸改性碳毡（BET1200m2·g-1，2mm），电极间距为3cm，用钛丝做电子集流体。启动时，取预培养后的污泥，与营养液按1：1的比例混合后接种MFC，外阻为1000Ω，在（30±1）℃恒温条件下运行。营养液为含1g·L-1葡萄糖的PBS（pH7.0）以及少量维生素和微量元素，121℃灭菌20min后使用.当MFC的输出电压达到100mV以上，视为启动成功.此后，仅更换含电子供体的营养液.通过Keithley2700采集MFC的输出电压（U）。结果如图1所示，电池启动180小时候输出电压基本达到稳定，最大输出电压为0.37V。在MFC阳极表面可以观察到一层生物膜。
待该MFC稳定运行1个月后，取出长有生物膜的阳极，用刀片刮下阳极生物膜若干，接种柠檬酸铁液体培养基，置于（30±1）℃条件下厌氧培养1天。然后，取培养物涂布柠檬酸铁固体培养基。培养一天后，根据菌落形态、颜色、透明性等特征，挑取表面特征差异明显的菌落，分别接种至柠檬酸铁液体培养基中进行厌氧培养。如此反复传代7-8次，得到多株纯培养菌株。将纯菌进行循环伏安分析验证其电化学活性，最后得到一株电化学活性菌Z7。该菌经分子及生理鉴定为柠檬酸杆菌属（Citrobacter freundii）。所述液体培养基配方为：胰蛋白胨10g·L-1，酵母提取物5g·L-1，氯化钠10g·L-1，柠檬酸铁20mmol·L-1，pH为7.4；所述固体培养基配方为液体培养基加入23g·L-1琼脂粉。
实施例2
菌株CCTCC M2012447的电化学活性测定
将Citrobacter freundii Z7分别接种至LB培养基和柠檬酸铁培养基（胰蛋白胨10g·L-1，酵母提取物5g·L-1，氯化钠10g·L-1，20mmol·L-1柠檬酸铁，pH为7.4）中，（30±1）℃厌氧培养18h。取对数期生长中期的菌液，5000r/min离心10分钟，弃上清液，添加PBS缓冲液摇匀，按上述步骤将所得菌悬液再次离心，如此反复清洗2次，添加PBS缓冲液制成菌悬液，OD600为0.6左右。用电化学工作站对所得菌悬液做循环伏安测试，测试采用三电极体系，以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂片为对电极，扫速为100mV·s-1，扫描范围为-0.7V～0.7V。实验结果见图2，菌株Citrobacter freundii Z7在添加柠檬酸铁培养基中培养1d后，得到的的循环伏安曲线有一对明显的氧化还原峰，其中氧化峰位于-130mV～-180mV之间，还原峰位于140mV～200mV之间，而Z7在不含柠檬酸铁的LB培养基中的循环伏安曲线则无明显的氧化还原峰。
本实施例说明分离所得到的菌株CCTCC M2012447能够进行胞外电子传递，具有较强的电化学活性。
实施例3
菌株CCTCC M2012447在处理不同类型人工模拟废水中的应用
将所述菌株CCTCC M2012447接种至柠檬酸铁培养基（胰蛋白胨10g·L-1，酵母提取物5g·L-1，氯化钠10g·L-1，20mmol·L-1柠檬酸铁，pH为7.4），（30±1）℃厌氧培养18h。取对数期生长中期的菌液，5000r/min离心10分钟，弃上清液，添加PBS缓冲液摇匀，按上述步骤将所得菌悬液再次离心，如此反复清洗2次，添加PBS缓冲液制成菌悬液，OD600为0.6左右。
启动单室空气阴极微生物燃料电池，所述微生物燃料电池为圆柱形（截面直径为2cm，有效容积6.28cm3），材质为聚碳酸酯。空气阴极为载铂碳纸（0.5mg·cm-2），阳极为硝酸改性碳毡，阴极内侧为一层阳离子交换膜，电极间距为2cm，用钛丝做电子集流体。启动时，取对数期生长中期的菌液，与营养液按1：5的比例混合后接种MFC，外阻为1000Ω，在（30±1）℃恒温条件下运行。所述营养液成分为：30mmol·L-1电子供体（柠檬酸钠、葡萄糖、乳糖、丙三醇、鼠里糖或蔗糖）、50mmol·L-1PBS缓冲液以及少量维生素和微量元素，121℃灭菌20min后使用。当MFC的输出电压达到100mV以上，视为启动成功。此后，仅更换含电子供体的营养液。MFC的输出电压（U）采用Keithley2700采集；库伦效率CE按照公式
Figure BDA00003018900300081
计算。M为氧气的分子量，32；F为弗朗德里希常数；b为每摩尔氧气可提供的电子量，4；υAn为阳极室体积；ΔCOD为tb时间内消耗的COD的量。
实验结果如图3所示，在30℃、外阻1000Ω的条件下，该菌分别以30mmol·L-1柠檬酸钠、葡萄糖、丙三醇、乳糖、蔗糖、鼠里糖为电子供体时，产生的最大输出电压分别为0.255V、0.110V、0.183V、0.131V、0.152V、0.139V。以柠檬酸钠为电子供体时获得的最大功率密度以及库伦效率分别为204.5mW·m-2、29.8%；以葡萄糖为电子供体时，产生的最大功率密度以及库伦效率分别为41mW·m-2、3.59%；以丙三醇为电子供体时，产生的最大功率密度以及库伦效率分别为120.4mW·m-2、19.35%；以乳糖为电子供体时，产生的最大功率密度以及库伦效率分别为63.7mW·m-2、2.47%；以蔗糖为电子供体时，产生的最大功率密度以及库伦效率分别为81.3mW·m-2、2.86%；以鼠里糖为电子供体时，产生的最大功率密度以及库伦效率分别为68.8mW·m-2、2.37%。
通过本实施例可知，菌株CCTCC M2012447有可以利用多种类型的有机物产电，为该菌在修复多种类型环境污染以及生物能源回收中的应用奠定了基础。
实施例4
菌株CCTCC M2012447在处理人工模拟废水中的应用
将所述菌株CCTCC M2012447接种至柠檬酸铁培养基（胰蛋白胨10g·L-1，酵母提取物5g·L-1，氯化钠10g·L-1，20mmol·L-1柠檬酸铁，pH为7.4），（30±1）℃厌氧培养18h。取对数期生长中期的菌液，5000r/min离心10分钟，弃上清液，添加PBS缓冲液摇匀，按上述步骤将所得菌悬液再次离心，如此反复清洗2次，添加PBS缓冲液制成菌悬液，OD600为0.6左右。
启动单室空气阴极微生物燃料电池，所述MFC为圆柱形（截面直径为2cm，有效容积6.28cm3），材质为聚碳酸酯。空气阴极为载铂碳纸（0.5mg·cm-2），阳极为硝酸改性碳毡，阴极内侧为一层阳离子交换膜，电极间距为2cm，用钛丝做电子集流体。启动时，将菌悬液与营养液按1：5的比例混合后接种MFC，外阻为1000Ω，在（30±1）℃恒温条件下运行。所述营养液成分为：30mmol·L-1柠檬酸钠，50mmol·L-1PBS缓冲液以及少量维生素和微量元素，121℃灭菌20min后使用。当MFC的输出电压达到100mV以上，视为启动成功。此后，仅更换含电子供体的营养液。
通过Keithley2700采集MFC的输出电压（U），测量电极电势时的参比电极为Ag/AgCl电极。电流（I）通过欧姆定律I=U/Rext计算获得，Rext为外回路电阻.极化曲线和功率密度曲线的绘制通过调节外回路电阻，测量对应的输出电压后，计算并绘制曲线。电流密度Is和体积功率密度P分别利用公式Is=U/(RextAAn)和P=U2/(RextV)计算，其中，AAn和V分别为MFC的阳极面积和有效容积。
实验结果如图4所示，以柠檬酸钠为基质时，该菌株构建的单室空气阴极MFC在接种后首先经历了约10h的迟滞期，然后电压开始逐步上升。更换基质后电压上升速度明显加快，并在32h启动成功。运行8个周期后出现稳定可重复的输出电压，最大输出电压达到0.255V，在外阻为700Ω时获得最大功率密度为204.5mW·m-2。随着电流密度的增大，阳极电势逐渐升高，阴极电势逐渐降低。对MFC阳极生物膜电镜观察如图5所示，菌株Z7能附着在阳极上并大量富集形成生物膜，且菌体之间和菌体与电极之间均有丝状物相连接。
本实施例表明，菌株CCTCC M2012447在MFC中的运行状态良好，能够在不添加外源电子传递中间体的条件下利用柠檬酸盐产生较高的电能，具有较强的电化学活性，为其在环境污染修复及生物能源回收中的应用提供了保证。
实施例5
菌株CCTCC M2012447在处理人工模拟废水过程中的特性
当MFC获得稳定可重复输出电压后，利用电化学工作站（CHI700，上海辰华）对MFC阳极进行原位循环伏安测试。所述测试采用三电极体系，以MFC阳极为工作电极，阴极为对电极，在阳极室插入Ag/AgCl电极作为参比电极。在一个产电周期的2个阶段，即更换基质后的电压上升期（A）和下降期（B），分别对MFC进行循环伏安扫描。扫速为5mV·s-1，扫描的电压范围为-0.4V-0.4V。将阳极液用0.22μm微孔滤膜过滤除菌后倒入电解池中，利用三电极体系对其进行循环伏安测试，以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂片为对电极，扫速为100mV·s-1，扫描范围为-0.8V～0.8V。
MFC阳极的循环伏安曲线如图6所示，电压上升期时的CV曲线氧化还原峰的峰值均较低，而电压下降期的CV曲线的氧化还原峰的峰值明显大于前者。此外，不同时期的CV曲线的峰电位差异不大，其中氧化峰在-80mV～-160mV之间，还原峰在-40mV～-100mV之间。阳极滤液的循环伏安曲线如图7所示，有至少2对氧化还原峰出现，说明阳极液中有多种氧化还原物质存在。
本实施例说明菌株CCTCC M2012447能够通过分泌电子传递中间体的方式传递电子，为该菌在不添加外源电子传递中间体的条件下高效传递电子提供可能，缩减了该菌在环境污染修复及生物能源回收中的实际应用成本。
实施例6
电池阳极滤液添加对菌株CCTCC M2012447人工废水处理效果的影响
将所述菌株CCTCC M2012447接种至柠檬酸铁培养基（胰蛋白胨10g·L-1，酵母提取物5g·L-1，氯化钠10g·L-1，20mmol·L-1柠檬酸铁，pH为7.4），（30±1）℃厌氧培养18h。取对数期生长中期的菌液，5000r/min离心10分钟，弃上清液，添加PBS缓冲液摇匀，按上述步骤将所得菌悬液再次离心，如此反复清洗2次，添加PBS缓冲液制成菌悬液，OD600为0.6左右。
所述的微生物燃料电池为圆柱形（截面直径为2cm，有效容积6.28cm3），材质为聚碳酸酯。空气阴极为载铂碳纸（0.5mg·cm-2），阳极为硝酸改性碳毡，阴极内侧为一层阳离子交换膜，电极间距为2cm，用钛丝做电子集流体。
启动时，将菌悬液与营养液按1：5的比例混合后接种MFC，外阻为1000Ω，在（30±1）℃恒温条件下运行。营养液为含30mmol·L-1的柠檬酸钠、50mmol·L-1的PBS缓冲液（pH7.0）以及少量维生素和微量元素，121℃灭菌20min后使用。当MFC的输出电压达到100mV以上，视为启动成功。此后，仅更换含电子供体的营养液。
待电池电压出现稳定可重复周期后，收集一个周期的排出液，用0.22μm微孔滤膜过滤，将滤液与营养液按1：1的比例添加至MFC中，通过Keithley2700采集MFC的输出电压（U）。
结果如图8所示，在相同运行条件下，添加阳极滤液后MFC的输出电压较之前有小幅增加。
本实施例说明菌株CCTCC M2012447能够通过分泌电子传递中间体的方式传递电子，为该菌在不添加外源电子传递中间体的条件下高效传递电子提供可能，缩减了该菌在环境污染修复及生物能源回收中的实际应用成本。
实施例7
外源AQDS对菌株CCTCC M2012447对人工废水处理效果的影响
将所述菌株CCTCC M2012447接种至柠檬酸铁培养基（胰蛋白胨10g·L-1，酵母提取物5g·L-1，氯化钠10g·L-1，20mmol·L-1柠檬酸铁，pH为7.4），（30±1）℃厌氧培养18h。取对数期生长中期的菌液，5000r/min离心10分钟，弃上清液，添加PBS缓冲液摇匀，按上述步骤将所得菌悬液再次离心，如此反复清洗2次，添加PBS缓冲液制成菌悬液，OD600为0.6左右。
所述的微生物燃料电池为圆柱形（截面直径为2cm，有效容积6.28cm3），材质为聚碳酸酯。空气阴极为载铂碳纸（0.5mg·cm-2），阳极为硝酸改性碳毡，阴极内侧为一层阳离子交换膜，电极间距为2cm，用钛丝做电子集流体。
启动时，将菌悬液与营养液按1：5的比例混合后接种MFC，外阻为1000Ω，在（30±1）℃恒温条件下运行。营养液为含30mmol·L-1的柠檬酸钠、50mmol·L-1的PBS缓冲液（pH7.0）以及少量维生素和微量元素，121℃灭菌20min后使用。当MFC的输出电压达到100mV以上，视为启动成功。此后，仅更换含电子供体的营养液。
待电池电压出现稳定可重复周期后，向阳极室中添加50μmol L-1外源AQDS。结果如图9所示，添加外源AQDS后，MFC的输出电压升至0.41V，较之前无添加AQDS时提高0.16V，在停止添加AQDS后，电池的输出电压迅速降低至添加前的水平。
本实例说明外源电子传递中间体AQDS对该菌产电过程具有明显的促进作用，为提高该菌产电性能、有效回收生物能源提供可能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一株费氏柠檬酸杆菌，其特征在于，该菌是费氏柠檬酸杆菌（Citrobacterfreundii）Z7，由中国典型培养物保藏中心保藏，简称CCTCC，保藏号为：CCTCCNO:M2012447，保藏日期为2012年11月6日。
2.权利要求1所述菌株在产生物电中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将所述权利要求1所述菌株接种至柠檬酸铁培养基中，30±5℃厌氧培养；取对数期生长中期的菌液，离心，弃上清液，添加PBS缓冲液摇匀，按上述步骤将所得菌悬液再次离心，如此反复清洗2次，添加PBS缓冲液制成菌悬液；
（2）启动单室空气阴极微生物燃料电池，将（1）中获得的菌悬液与营养液混合后接种于微生物燃料电池，在步骤（1）的培养温度下恒温运行即可。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述柠檬酸铁培养基组分如下：胰蛋白胨10g·L-1，酵母提取物5g·L-1，氯化钠10g·L-1，添加20mmol·L-1的柠檬酸铁为电子供体；所述营养液成分为30mmol·L-1的电子供体，50mmol·L-1PBS缓冲液以及少量维生素和微量元素。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述营养液成分为柠檬酸盐、葡萄糖、乳糖、丙三醇、鼠里糖和蔗糖中的一种或几种；所述PBS缓冲液为NH4Cl0.31g·L-1，NaH2PO4·H2O2.452g·L-1，Na2HPO44.576g·L-1，KCl0.13g·L-1，pH7.0。
6.根据权利要求3或4或5所述的应用，其特征在于，步骤（2）中所述微生物燃料电池为圆柱形，材质为聚碳酸酯；空气阴极为载铂碳纸，阳极为硝酸改性碳毡，阴极内侧为一层阳离子交换膜，电极间距为2cm，用钛丝做电子集流体。
7.根据权利要求3或4或5所述的应用，其特征在于，所述制成的菌悬液的OD600为0.6。
8.根据权利要求3或4或5所述的应用，其特征在于，所述柠檬酸铁培养基和营养液的pH为7.0～7.4。
9.根据权利要求3或4或5所述的应用，其特征在于，步骤（1）所述培养温度为30±1℃，培养时间为16-18h，离心条件为5000r/min离心10分钟。
10.根据权利要求3或4或5所述的应用，其特征在于，所述菌悬液与营养液的体积比为1：5。
CN201310119749.3A 2013-04-08 2013-04-08 一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用 Expired - Fee Related CN103215205B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310119749.3A CN103215205B (zh) 2013-04-08 2013-04-08 一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310119749.3A CN103215205B (zh) 2013-04-08 2013-04-08 一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103215205A true CN103215205A (zh) 2013-07-24
CN103215205B CN103215205B (zh) 2014-07-02

Family

ID=48813369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310119749.3A Expired - Fee Related CN103215205B (zh) 2013-04-08 2013-04-08 一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103215205B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104611262A (zh) * 2015-01-30 2015-05-13 河北大学 一种降解纤维素的产电菌及其在燃料电池中的应用
CN105958090A (zh) * 2016-04-21 2016-09-21 林业城 一种可实现快速检测氢气泄露的燃料电池
CN108251307A (zh) * 2017-12-12 2018-07-06 江苏师范大学 一种在厌氧活性污泥中筛选高产电能力胞外产电菌的方法
CN114108319A (zh) * 2021-12-03 2022-03-01 山西大学 一种内嵌希瓦氏菌的凝胶纤维制备方法及应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHOO ET AL.: "bacterial communities in microbial fuel cells enriched with high concentrations of glucose and glutamate", 《J.MICROBIOL. BIOTECHNOL.》 *
S.XU ET AL.: "new exoelectrogen citrobacter sp. sx-1 isolated from a microbial fuel cell", 《JOURNAL OF APPLIED MICROBIOLOGY》 *
胡秀彩等: "弗氏柠檬酸杆菌的分离鉴定与PCR-SSCP分析", 《微生物学杂志》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104611262A (zh) * 2015-01-30 2015-05-13 河北大学 一种降解纤维素的产电菌及其在燃料电池中的应用
CN105958090A (zh) * 2016-04-21 2016-09-21 林业城 一种可实现快速检测氢气泄露的燃料电池
CN108251307A (zh) * 2017-12-12 2018-07-06 江苏师范大学 一种在厌氧活性污泥中筛选高产电能力胞外产电菌的方法
CN114108319A (zh) * 2021-12-03 2022-03-01 山西大学 一种内嵌希瓦氏菌的凝胶纤维制备方法及应用
CN114108319B (zh) * 2021-12-03 2023-09-22 山西大学 一种内嵌希瓦氏菌的凝胶纤维制备方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN103215205B (zh) 2014-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103275887B (zh) 一株鲍希瓦氏菌及其在产生物电中的应用
CN103215201B (zh) 一株产酸克雷伯氏菌及其在产生物电中的应用
Kondaveeti et al. Microalgae Scenedesmus obliquus as renewable biomass feedstock for electricity generation in microbial fuel cells (MFCs)
CN105238716B (zh) 一株摩根菌及其在微生物燃料电池中的应用
Ma et al. Bioelectricity generation from pig farm wastewater in microbial fuel cell using carbon brush as electrode
CN103215205B (zh) 一株费氏柠檬酸杆菌及其在产生物电中的应用
CN105280940A (zh) 以焦化活性菌作为生物催化剂降解焦化废水同步产电的方法
CN113504280B (zh) 一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法
Saba et al. Simultaneous power generation and desalination of microbial desalination cells using Nannochloropsis salina (marine algae) versus potassium ferricyanide as catholytes
CN102399722B (zh) 一种具有产电特性的蜡样芽孢杆菌及其在微生物燃料电池中的应用
Mardiana et al. Yeast fuel cell: Application for desalination
Yahya et al. Green electricity production by Epipremnum Aureum and bacteria in plant microbial fuel cell
Mahmoud et al. Biosensing of algal‐photosynthetic productivity using nanostructured bioelectrochemical systems
Arulmani et al. Biofilm formation and electrochemical metabolic activity of Ochrobactrum Sp JSRB-1 and Cupriavidus Sp JSRB-2 for energy production
CN101880638A (zh) 一种希瓦氏菌及其在微生物燃料电池中的应用
CN105152358A (zh) 基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法
CN102399723B (zh) 一种具有产电特性的芽孢杆菌及其在微生物燃料电池中的应用
Cao et al. A mini-microbial fuel cell for voltage testing of exoelectrogenic bacteria
Zawadzki et al. A novel microbial fuel cell with exchangable membrane–application of additive manufacturing technology for device fabrication
CN103215200B (zh) 一株粪肠球菌及其在产生物电中的应用
Yuan et al. Optimization of biodrying pretreatment of municipal solid waste and microbial fuel cell treatment of leachate
CN109694837B (zh) 一种降解有机污染物的产电菌株及其应用
CN107799796A (zh) 一种氮修饰的微生物燃料电池阳极及其制备方法
CN108503041B (zh) 一种利用微生物电池处理腐竹废水的方法
Cheng et al. Synchronous bio-degradation and bio-electricity generation in a Microbial Fuel Cell with aged and fresh leachate from the identical subtropical area

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140702

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee