基于河流底泥为接种物的MFC阳极细菌群落结构多样性研究(3)

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MFC作为一种可以以绿色无污染的形式产生电能的装置，在当前这个重视绿色环保的时代具有非常重要的现实意义。也正是因为这个原因，越来越对的科研工作者愿意花费更多的时间和精力来研究、开发产电效率更高的MFC。本实验正是针对河流底泥在MFC中运行一个产电周期后，对其菌落结构的组成情况进行研究。

2材料与方法

2.1 MFC的结构与电极材料

2.1.1 MFC的结构

在实验过程中使用的MFC为单室空气阴极微生物电池。反应室有三个主要部分组成：一、单室空气阴极微生物电池的反应腔，反应腔为圆筒形(圆形底面积为7cm2，长3.5cm)，有效容积约为22ml。二、阳极，MFC阳极为碳刷结构，位于圆柱形反应腔内部。三、片状阴极，片状阴极是由碳布作为外层，中间加有三层PTFE和一层碳铂催化剂组成，一侧在反应菌液中，另一侧则暴露于空中。单室MFC外层使用聚碳酸脂有机玻璃构成。电池上方有两根电极，分别为正负电极。

单室空气阴极MFC结构图

2.1.2 阳极材料的制备

单室空气阴极微生物电池的阳极的主要部分是由碳纤维构成的，其制作过程是先选取长度相等的碳纤维，将这些碳纤维均匀的固定在钛金属丝上，呈刷状。制作完成后，使用强酸和强碱进行消毒最后放入马沸炉中，温度调到450℃，加热30min。方可以使用。

图1-2 单室MFC阳极结构图

2.1.3阴极材料的制备

MFC的阴极采用的是碳布为基本材料，在上面涂上三层PTFE和一层碳铂催化剂经过高温灭菌和特殊处理制造而成。

单室MFC空气阴极结构图

2.2 MFC的接种物

本实验反应所用的接种物一共有三种，分别是河流底泥（SD）、表层土壤（TS）、深层土壤（DS）。其中SD取自江苏师范大学玉泉河河底，TS与DS均取自江苏师范大学生科院后花园土壤。取样回来后，将样品进行简单的过滤处理，除去其中的无关杂质。将三种不同的样品放在灭菌的玻璃管中，于5℃的冰箱中进行封存。

2.3 MFC反应器接种和启动来!自~751论-文|网www.751com.cn

MFC制作完成后，紫外线灭菌1h。灭菌结束后，在无菌环境下接种。将上述的三个样品SD、TS、DS分别接种在三个规格相同的单室MFC中。本实验中使用乙酸钠（2g/L）作为唯一底物，100mM磷酸缓冲液（Na2HPO4·12H2O 23.1g，NaH2PO4·2H2O 5.54g，NH4Cl 0.62g，KCl 0.26g）作为电池缓冲液。（上述溶液做灭菌处理。）在无菌环境中称取5g接种物样品与20mL乙酸钠溶液（2g/L）混合均匀，制作成混合菌液。再将混合菌液与磷酸缓冲液按照1：4的比例加到单室MFC的反应腔内。之后再向反应腔内加入0.5mL微量元素溶液和0.5mL维生素溶液，密闭，完成MFC的接种过程。接种完成后，将单室MFC放于室温环境下24h，转移到25℃培养箱中。每10h测量一次电压，直至达到最大电压时，测量单室MFC启动周期。此后每天测量两次电压。当MFC中的乙酸钠耗尽，产电量几乎为零时， MFC的产电过程结束。