| 分析微生物燃料电池知识引入高中化学 |
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要进行发酵,代谢过程也会释放少量电能,同时醋酸等发酵产物可被某些微生物继续代谢,释放电子。
2.1.2 阳极微生物
阳极微生物的种类决定阳极的电子传递方式,如表1所示。理论上各种微生物均可用于MFC,但由于细胞壁中的肽键等不良导体的阻碍,大多数微生物产生的电子不能传出体外,因而不具有直接的电化学活性。通常采用添加可溶性氧化还原介体作为电子传递中间体的方法,实现电子由细胞内传递至阳极表面。此类MFC称为间接MFC(或有介体MFC),其工业化应用由于介体大多有毒、易流失、价格较高而受到很大阻碍[2,7]。
微生物通过代谢活动能产生一些自身生长和繁殖所必需的物质,如氨基酸、核苷酸等,这些物质称为微生物的初级代谢产物。一些微生物能以产生的H2、H2S等初级代谢产物作为氧化还原介体,例如Harbermann等设计出利用Desulfovibrio desulfurcan菌种生成的硫化物作为介体的微生物燃料电池。该系统不经任何维护连续可运行5年,其电池反应如下[1]:
2+2H2O→2CO2+8H++8e-
代表有机燃料
SO2-4+8H++8e-→S2-+4H2O
阳极反应:S2-+4H2O→SO2-4+8H++8e-或8/3S2-+4H2O→4/3S2O2-3+8H++8e-
阴极反应:2O2+8H++8e-→4H2O
有一些微生物(如绿脓杆菌)自身能生成易还原的次级代谢产物,影响电子传递。次级代谢产物指以初级代谢产物为前体合成的,对微生物的生命活动无明确功能的物质。
近年来,研究者发现了多种不需介体就可将代谢产生的电子通过细胞膜直接传递到电极表面的微生物——产电微生物。此类微生物以位于细胞膜上的细胞色素或自身分泌的醌类物质作为电子载体,将电子由细胞内传递至电极上,这种MFC称为直接MFC(或无介体MFC)。
2.2 阳极还原[2,8]
阳极还原指电子由微生物细胞内传递至阳极表面,是电池产电的关键步骤,也是制约产电性能的主要因素之一。常见的阳极电子传递方式主要有4种:直接接触传递、纳米导线辅助远距离传递、电子穿梭传递和初级代谢产物原位氧化传递。前2种属于生物膜机制,后2种属于电子穿梭机制上一页 [1] [2] [3] [4] 下一页 |
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