一种微生物燃料电池用阳极、微生物燃料电池及应用

1.本发明属于微生物燃料电池
技术领域：
：，具体涉及一种微生物燃料电池用阳极、微生物燃料电池及应用。
背景技术：
：：2.双氯芬酸(diclofenac)作为一种非甾体抗炎药，被广泛用于缓解疼痛和退烧，约65％的药物通过排泄进入水体。在城市污水处理厂双氯芬酸并不能完全去除，一般去除率只有21％-40％，因此双氯芬酸在地表水中成为检出频率较高的物质，且其检出浓度范围为1.2-4.7μgl-1。双氯芬酸也是一种持久性有毒有机物污染物，对陆生生物和各种水生生物可能造成毒性损害，并通过食物链积累对人类健康构成潜在风险。因此，开发一种去除废水中双氯芬酸的有效方法是非常必要的。3.到目前为止，研究表明双氯芬酸可以通过fenton、uv照射、臭氧氧化和吸附等方法有效去除，如中国发明专利cn109942119a公开了一种去除废水中双氯芬酸的方法，通过利用活性炭吸附和在二氧化钛的作用下光催化降解和自身降解三个方面，达到降低水中有机污染物含量的目的。但是，这些技术目前仍然存在着一些重要的缺陷，如引起二次性污染，成本高，产生有毒中间体等。近年来，人们发现双氯芬酸可生物降解，反应温和，无二次污染，能量消耗低且环境友好，但很难通过传统的微生物方法筛选双氯芬酸降解菌，微生物在双氯芬酸抑制下会出现代谢速率缓慢。生物电化学系统可以利用电活性微生物持续提供电子来有效去除卤代污染物，可以弥补单纯的生物过程的主要缺陷，微生物燃料电池就是一种典型的生物电化学系统。4.微生物燃料电池(microbialfuelcells，mfcs)是通过处理污水回收能量是新兴的环境友好的水处理和生物质新能源技术。富含功能微生物的阳极生物膜是mfcs能够实现同时降解有机污染物和产电双功能的核心。作为生物膜的载体，阳极的组成和结构是影响mfcs电池性能的关键因素。传统的碳基材料因具有良好的生物相容性、导电性、化学稳定性和低成本等优点而广泛使用。然而，这些材料的生物相容性、表面积和电催化活性相对有限，不利于微生物的附着生长和胞外电子传递。设计制备具有优异性能的纳米材料修饰电极是提高mfcs性能的有效方法。5.纳米羟基磷灰石(nha)具有优异的生物相容性和生物活性，比表面积大，吸附性强，是良好的生物材料，被广泛应用于药物载体、骨组织修复材料、抗肿瘤复合材料等生物医学领域，如中国发明专利cn1772969a公开了一种纳米羟基磷灰石/碳纳米管复合涂层制备方法，采用纳米级ha和cnts，大幅度降低烧结温度，得到结合力好且结构致密的复合涂层，大幅度提高生物复合涂层与医用金属材料之间的结合力，有望作为人体负重部位植入体使用。到目前为止，还未见关于nha/cnts纳米复合材料用于修饰微生物燃料电池阳极的报道，如何提高微生物燃料电池阳极的生物相容性、表面积和电催化活性，进而提高微生物燃料电池降解双氯芬酸的能力仍是需要完善和研究的问题。技术实现要素：6.本发明的目的是提供一种微生物燃料电池，以解决现有技术中微生物燃料电池产电性能较差和双氯芬酸降解效率较低的问题。7.本发明的第二个目的是提供一种微生物燃料电池在降解双氯芬酸方面的应用，以解决现有技术中双氯芬酸降解效率低等问题。8.本发明的第三个目的是提供一种微生物燃料电池用阳极，以解决现有技术中微生物燃料电池用阳极生物相容性、表面积和电催化活性低等问题。9.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：10.一种微生物燃料电池，包括阳极、阴极和质子交换膜，所述阳极包括电极基体和涂覆在电极基体表面的修饰材料，所述修饰材料包括纳米羟基磷灰石和碳纳米管，所述纳米羟基磷灰石和碳纳米管的质量比为1:4；所述阳极在含有厌氧污泥的阳极营养液中进行培养，完成阳极生物膜的驯化。11.本发明的微生物燃料电池以nha/cnts纳米复合材料作为阳极修饰材料，其中，nha修饰使电极基体拥有良好的生物相容性和较大的比表面积，可以为微生物的附着和生长提供更多的位点和空间，有利于在阳极表面形成致密的生物膜；cnts优异的导电性能够促进微生物与电极之间的胞外电子传递，缩短微生物燃料电池的启动时间；二者的协同作用使本发明的微生物燃料电池具有较高的电池电催化性能，可用于降解双氯芬酸，具有较高的降解效率。12.为了便于微生物燃料电池的快速启动，优选地，所述阳极营养液以磷酸盐缓冲液为溶剂，溶质为葡萄糖、维生素和矿物质；所述阴极对应的阴极溶液为铁氰化钾溶液。13.优选地，所述阳极营养液是以50mmoll-1的磷酸盐缓冲液为溶剂，加入葡萄糖、维生素溶液和矿物质溶液使其浓度分别为1gl-1、12.5mll-1和12.5mll-1；所述维生素溶液中，维生素h的浓度为2.0mgl-1，叶酸的浓度为2.0mgl-1，维生素b6的浓度为10.0mgl-1，维生素b2的浓度为5.0mgl-1，维生素b1的浓度为5.0mgl-1，维生素b3的浓度为5.0mgl-1，维生素b5的浓度为5.0mgl-1，维生素b12的浓度为0.1mgl-1；所述矿物质溶液中，mgso4的浓度为3.0mgl-1，mnso4的浓度为0.5mgl-1，nacl的浓度为1.0mgl-1，feso4·7h2o的浓度为0.1mgl-1，cacl2·2h2o的浓度为0.1mgl-1，cocl2·6h2o的浓度为0.1mgl-1，zncl2的浓度为0.13mgl-1，cuso4·5h2o的浓度为0.01mgl-1，alk(so4)·12h2o的浓度为0.01mgl-1，h3bo3的浓度为0.01mgl-1，na2moo4的浓度为0.025mgl-1，nicl2·6h2o的浓度为0.024mgl-1，na2wo4·2h2o的浓度为0.025mgl-1；所述铁氰化钾溶液浓度为50mmoll-1。14.优选地，所述电极基体为碳基电极材料；所述碳基电极材料为碳刷；所述修饰材料在电极基体上的附着量为42～50mgg-1。15.优选地，所述涂覆是将含有修饰材料的分散液喷涂在电极基体的表面；所述分散液是将纳米羟基磷灰石、碳纳米管、分散剂、粘合剂混匀得到。喷涂处理可以增大电极基体表面粗糙度，可以为微生物的附着和生长提供更多的位点和空间，提高微生物成膜性，修饰材料和粘合剂混合均匀也可防止生物膜脱落。16.优选地，所述分散剂为无水乙醇，每6mg纳米羟基磷灰石对应无水乙醇的用量为10ml；所述粘合剂为5wt％nafion溶液，每6mg纳米羟基磷灰石对应5wt％nafion溶液的用量为200mg。17.一种如上述的微生物燃料电池在降解双氯芬酸方面的应用。18.本发明的微生物燃料电池以nha/cnts纳米复合材料作为阳极修饰材料，在降解双氯芬酸时，纳米羟基磷灰石较好的生物相容性有利于富集较为丰富的微生物种群，并使其具有更好的微生物活性，有利于驯化出电活性微生物和有机物降解菌等功能菌群，并且在生物活性较好的修饰材料环境中，微生物对双氯芬酸的冲击具有更好的耐受能力；同时cnts能够促进电子传递，二者的协同作用使本发明的微生物燃料电池具有较高的双氯芬酸降解效率。19.一种微生物燃料电池用阳极，包括电极基体和涂覆在电极基体表面的修饰材料；所述修饰材料包括纳米羟基磷灰石和碳纳米管，所述纳米羟基磷灰石和碳纳米管的质量比为1:4。20.本发明的微生物燃料电池用阳极，以nha/cnts纳米复合材料作为修饰材料，nha修饰使电极基体拥有良好的生物相容性和较大的比表面积，可以为微生物的附着和生长提供更多的位点和空间，有利于在阳极表面形成致密的生物膜；cnts优异的导电性能够促进微生物与电极之间的胞外电子传递，能够缩短微生物燃料电池的启动时间，增大微生物燃料电池的最大输出电压和最大输出功率密度。21.优选地，所述电极基体为碳基电极材料；所述碳基电极材料为碳刷；所述修饰材料在电极基体上的附着量为42～50mgg-1。22.优选地，所述涂覆是将含有修饰材料的分散液喷涂在电极基体的表面；所述分散液是将纳米羟基磷灰石、碳纳米管、分散剂、粘合剂混匀得到。喷涂处理可以增大电极基体表面粗糙度，可以为微生物的附着和生长提供更多的位点和空间，提高微生物成膜性，修饰材料和粘合剂混合均匀也可防止生物膜脱落。23.优选地，所述分散剂为无水乙醇，每6mg纳米羟基磷灰石对应无水乙醇的用量为10ml；所述粘合剂为5wt％nafion溶液，每6mg纳米羟基磷灰石对应5wt％nafion溶液的用量为200mg。附图说明24.图1为mfcs的输出电压曲线(外电阻1000ω)，其中，(a)为nha/cnts/cb-mfcs的输出电压曲线，(b)为cb-mfcs的输出电压曲线；25.图2为双氯芬酸在nha/cnts/cb-mfcs、cb-mfcs和nha/cnts/cb-mfcs-开路中48小时内的去除率曲线；26.图3为mfcs长期运行后阳极生物膜的扫描电镜图，其中，(a)为nha/cnts/cb-mfcs长期运行后阳极生物膜在1000倍放大倍率下的扫描电镜图，(b)为cb-mfcs长期运行后阳极生物膜在1000倍放大倍率下的扫描电镜图，(c)为nha/cnts/cb-mfcs长期运行后阳极生物膜在10000倍放大倍率下的扫描电镜图，(d)为cb-mfcs长期运行后阳极生物膜在10000倍放大倍率下的扫描电镜图；27.图4为厌氧污泥接种物(g0)、nha/cnt/cb-mfcs(g3)和cb-mfcs(g5)三组样本微生物群落在门水平上的相对丰度；28.图5为厌氧污泥接种物(g0)、nha/cnt/cb-mfcs(g3)和cb-mfc(g5)三组样本微生物群落结构在属水平上的热图。具体实施方式29.以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。30.本发明实施例和实验例中所用的试剂如下所示：31.材料：碳刷，nafion117质子交换膜(上海河森电气有限公司)32.试剂：纳米羟基磷灰石(购于百灵威科技)，多壁碳纳米管xfm31(购于南京先丰纳米材料科技有限公司)，双氯芬酸钠(diclofenacsodium，ds，购于百灵威科技)33.一、本发明的微生物燃料电池的实施例34.实施例135.本实施例的微生物燃料电池为双室型微生物燃料电池，包括阳极、阴极和质子交换膜，所述阳极包括包括电极基体和涂覆在电极基体表面的修饰材料，所述修饰材料包括纳米羟基磷灰石和碳纳米管，修饰材料在电极基体上的附着量为42mgg-1(平行实验条件下，修饰材料在电极基体上的附着量为42～50mgg-1)。36.本实施例的微生物燃料电池的具体构建运行过程如下：37.(1)nha/cnts修饰碳刷的制备：将6mg纳米羟基磷灰石和24mg碳纳米管(二者质量比为1:4，共30mg)加入在10ml无水乙醇中，并加入200mg5wt％nafion(粘合剂)超声20分钟分散，得到分散液，然后使用喷枪，在红外干燥器下，将该分散液少量多次喷涂在碳刷表面，之后空气中放置至少24小时彻底干燥，得到nha/cnts修饰碳刷；38.(2)组装mfcs：以步骤(1)制备好的nha/cnts修饰碳刷作为阳极，普通裸碳刷为阴极，nafion117质子交换膜为分隔膜组装微生物燃料电池，记为nha/cnts/cb-mfcs；39.(3)运行mfcs：将阳极在含有厌氧污泥(混合菌源)的阳极营养液中进行培养，阳极营养液是以50mmoll-1的磷酸盐缓冲液为溶剂，加入葡萄糖、维生素溶液和矿物质溶液使其浓度分别为1gl-1、12.5mll-1和12.5mll-1；以50mmoll-1铁氰化钾为阴极溶液，启动并运行nha/cnts/cb-mfcs。40.本实施例中50mmoll-1的磷酸盐缓冲液的溶质及各溶质的浓度、维生素溶液的溶质及各溶质的浓度、矿物质溶液的溶质及各溶质的浓度分别见表1-3。41.表150mmoll-1pbs缓冲溶液的溶质及各溶质的浓度[0042][0043]表2维生素溶液的溶质及各溶质的浓度[0044][0045][0046]表3矿物质溶液的溶质及各溶质的浓度[0047][0048]二、对比例[0049]对比例1[0050]本对比例的微生物燃料电池与实施例1中微生物燃料电池的区别仅在于：本对比例的微生物燃料电池的阴阳极均为裸碳刷，记为cb-mfcs。[0051]三、实验例[0052]nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs启动成功后，在接下来近300天的时间里，通过向阳极液中长期加入一定浓度(5mg/l，10mg/l)的双氯芬酸，研究双氯芬酸长期暴露对微生物燃料电池产电性能、微生物群落结构的影响和双氯芬酸的降解性能。[0053]实验例1：产电性能[0054]微生物燃料电池整个运行过程中，nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs输出电压的代表性动态变化如图1所示。由图1可以看出微生物燃料电池阳极在含有厌氧污泥的阳极营养液中接种培养29天和41天左右时，nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs的最大输出电压先后达到680mv左右，并且在若干连续周期能够保持基本稳定的电压输出，表明阳极生物膜驯化成功，即电池启动成功。值得注意的是虽然nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs启动成功后的最大电压接近，但是nha/cnts/cb-mfcs启动时间明显较短，nha修饰使碳刷拥有良好的生物相容性和较大的比表面积，这有利于更多的微生物在电极表面附着生长，同时cnts优异的电化学活性有利于微生物与电极之间的胞外电子传递，这些都是nha/cnts/cb-mfcs启动时间更短的有利因素。[0055]微生物燃料电池启动成功后，分别向nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs阳极液中添加5mg·l-1双氯芬酸，由图1可以看到该较低浓度下双氯芬酸的加入使nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs均出现下降的现象，nha/cnts/cb-mfcs最大输出电压出现连续2-3个周期略微下降，至630±15mv；cb-mfcs电压下降程度稍大，最低降至550±20mv。但是之后几个周期两种微生物燃料电池电压均能够逐渐恢复。电压恢复后开始向nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs阳极液中添加10mg·l-1双氯芬酸，由图1可以看出在较高浓度双氯芬酸的影响下nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs的电压输出受到极大的抑制，降至150-200mv，之后在长期驯化过程中，两种微生物燃料电池输出电压均缓慢回升。由此可见，较低浓度双氯芬酸(《5mg·l-1)对mfc电能输出影响较小，而高浓度(》10mg·l-1)影响较大，说明高浓度双氯芬酸会对阳极生物膜带来比较大的冲击，影响产电菌的活性，但是长期驯化微生物可以逐渐适应双氯芬酸存在的环境，输出电压逐渐恢复。nha/cnts/cb-mfcs电压最终稳定在650±20mv，电压能够基本恢复未添加双氯芬酸时的水平；而cb-mfcs电压最终仅稳定在580±50mv，并且电压输出相对不够稳定。这是因为纳米羟基磷灰石较好的生物相容性有利于更多种类的微生物附着生长，有利于驯化出电活性微生物和有机物降解菌等功能菌群，并且在生物活性更好的修饰材料微环境中，微生物对双氯芬酸冲击具有更好的耐受能力，其生长代谢未出现较大程度的抑制或影响。[0056]实验例2：双氯芬酸去除率[0057]在去除率实验中，为排除微生物燃料电池阳极室包含的各种材料对双氯芬酸因吸附而产生的去除率，设置了开路实验。开路实验微生物燃料电池与nha/cnts/cb-mfcs构成完全相同，区别仅仅是阴阳极断开，形成开路，记为nha/cnts/cb-mfcs-开路。[0058]去除率测试方法：在微生物燃料电池运行的不同周期和不同时间(0h，4h，8h，12h，24h，36h，48h)，使用灭菌注射器取出少量阳极液，经0.22μm微孔过滤器连续过滤2次后进行高效液相测定，并计算双氯芬酸去除率。高效液相色谱仪(agilenttechnologies1260infinity)采用c18色谱柱(150mm×4.6mm，5μm)，流动相为甲醇-1％醋酸(75:25，v/v)，流速为1.0mlmin-1，柱温30℃，检测波长275nm，注入体积为10μl。[0059]在微生物燃料电池运行的不同周期，双氯芬酸的去除率是不同的，随着运行周期的增加，双氯芬酸的去除效率会逐渐缓慢升高并趋于稳定，双氯芬酸在不同类型微生物燃料电池反应器中稳定的去除率如图2所示。双氯芬酸在nha/cnts/cb-mfcs、cb-mfcs和nha/cnts/cb-mfcs-开路中的去除率分别为(74.62±8.56)％，(46.51±2.80)％和(21.05±2.51)％。首先，nha/cnts/cb-mfcs、cb-mfcs的去除率均远远高于nha/cnts/cb-mfcs-开路，表明微生物降解和电化学降解是mfcs中双氯芬酸强化降解去除的主要因素，而单纯的物理吸附是次要因素。其次，双氯芬酸在nha/cnts/cb-mfcs中实现了更高的降解效率，这是得益于mfcs阳极修饰材料，nha有利于富集更加丰富的功能微生物种群，并使其具有更好的微生物活性，cnts能够促进电子传递，二者的协同作用使双氯芬酸在微生物燃料电池中实现了较高的微生物和电化学降解效率。[0060]实验例3：阳极微生物形貌[0061]利用扫描电子显微镜对长期运行322天后nha/cnts/cb-mfcs和cb-mfcs阳极生物膜的形貌进行观察。如图3所示。由图3(a)、(b)可以看出，在两种微生物燃料电池的阳极碳刷上都有一定量的微生物附着，但是明显nha/cnts/cb-mfcs样本碳刷上附着的微生物量更多，生物膜更加致密，而cb-mfcs样本生物膜较为稀疏。从微生物形态上看，参见图3(c)、(d)，两份生物膜样本中均可以观察到多种形态的微生物，包括球菌、杆菌和丝状细菌。[0062]实验例4：微生物群落结构分析[0063]为了对长期运行后的微生物燃料电池阳极生物膜样本中功能微生物菌群进一步详细了解，运行322天后，利用高通量测序技术对厌氧污泥接种物(anaerobicsludge，as)、nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs的微生物群落结构组成进行鉴定和比较。[0064]厌氧污泥接种物、nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs三组样本的shannon、simpson、sobs、chao和coverage等alpha多样性分析指数见表4。首先，厌氧污泥接种物、nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs中微生物覆盖率分别达到99.80％，99.73％和99.75％，所得测序结果可如实反映样品信息。其次，从多样性指数看，厌氧污泥接种物样本中微生物群落的多样性和丰富度最高，说明微生物群落的多样性在微生物燃料电池长期运行后有所降低，原因在于mfc运行过程所产生的电流对阳极的微生物有选择作用，同时双氯芬酸的加入进一步增强了选择压力，一些不能耐受双氯芬酸或其代谢产物的微生物被抑制，从而导致微生物群落多样性和丰富度下降。同时对于nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs两个生物膜样本，nha/cnt/cb-mfcs样本的微生物多样性指数相对更高，微生物种类更丰富，这是因为nha具有优异的生物相容性，更有利于更多种类微生物群落的生长和附着。这一发现也与之前扫描电镜结果相吻合。[0065]表4微生物shannon、simpson、sobs和chao多样性指数[0066]table1shannon,simpsonandchaoindexofbacterialcommunity[0067][0068](1)门水平上的微生物群落结构分析[0069]图4显示了微生物燃料电池运行322d后，厌氧污泥接种物、nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs三个阳极生物膜样本在门水平上的微生物群落结构的组成。三组生物膜样本优势门的组成和数量之间存在显著差异。在厌氧污泥接种物中，绿弯菌门(chloroflexigate)、脱铁杆菌门(desulfobacterota)、谐境菌门(modulibacteria)和拟杆菌门(bacteroidete)为主要优势菌群，分别占所有序列的25.37％、15.63％、12.11％和9.79％，原始接种污泥中厚壁菌门(firmicutes)丰度仅为2.73％。与厌氧污泥接种物相比，经过长期运行后，nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs的群落结构发生明显改变。[0070]首先，从与双氯芬酸降解有关的菌种角度看。变形菌门(proteobacteria)、放线菌门(actinobacteriota)和厚壁菌门(firmicutes)的丰度较接种污泥均有所提高。在nha/cnt/cb-mfc生物膜样本中变形菌门变形菌门(proteobacteria)、放线菌门(actinobacteriota)和厚壁菌门(firmicutes)分别达到25.52％、10.01％和9.93％，在cb-mfcs生物膜样本中变形菌门(proteobacteria)和厚壁菌门(firmicutes)分别提高至50.60％和9.54％。变形菌门(proteobacteria)和厚壁菌门(firmicutes)是在厌氧环境中经常被发现的处理含氯化合物的细菌类型。此外，作为一种革兰氏阳性菌，厚壁菌门(firmicutes)能够将大分子有机物转化为小分子同时产生电子，在复杂物质降解中发挥着至关重要的作用。这表明在双氯芬酸长期暴露下，nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs阳极生物膜中出现较高比例的变形菌门(proteobacteria)和厚壁菌门(firmicutes)是与双氯芬酸的长期驯化和强化降解有关。[0071]其次，从与产电有关的菌种角度看。变形菌门(proteobacteria)、放线菌门(actinobacteriota)、和厚壁菌门(firmicutes)中电活性微生物类群丰富，这些微生物可以通过细胞色素c将电子高效地从电活性微生物转移到电极，从而达到较好的产电性能。同时，脱铁杆菌门(desulfobacterota)也是电活性微生物，在胞外电子转移过程中起重要作用。相对于接种污泥，这些优势微生物群落丰度的提高可以很好的解释实验中两种微生物燃料电池在降解双氯芬酸的同时能够同时实现较好的产电性能。特别是变形菌门(proteobacteria)，与接种的厌氧污泥中的1.35％丰度相比，在nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs中其丰度有了极大的提高，分别达到25.52％和50.60％，表明mfcs体系有利于富集变形菌门(proteobacteria)。[0072](2)属水平上的微生物群落结构分析[0073]为深入了解厌氧污泥接种物、nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs三个阳极生物膜样本中功能微生物和微生物群落间的变化，进一步分析了三个样本在属水平上的差异。分类水平总丰度前50的物种聚类生成热图，如图5所示，根据聚类结果可以将热图数据分为三组，第一组为接种物厌氧颗粒污泥，第二组为nha/cnt/cb-mfcs生物膜样本，第三组为cb-mfcs生物膜样本。接种物厌氧颗粒污泥在属水平上的优势菌种主要集中在moduliflexaceae，互营杆菌属(syntrophobacter)，ardenticatenales，syntrophales和anaerolineaceae等。但是在nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs样本中，上述类群的比例急剧下降，表明活性污泥接种物中大多数微生物对mfcs产生的电流比较敏感不耐受，接种物与mfcs长期运行后生物膜的微生物群落结构发生了明显的变化。[0074]第二组nha/cnt/cb-mfcs生物膜样本中的优势类群为地杆菌属(geobacter，24.46％)sphaerochaeta15.62％、沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonas，9.47％)、放线菌属(actinomyces，6.20％)和产氢产乙酸菌群(petrimonas，4.13％)。第三组cb-mfcs生物膜样本中的优势类群为埃希氏-志贺氏菌属(escherichia-shigella，32.8％)，三氯杆菌(trichlorobacter，15.2％)，地杆菌属(geobacter，9.13％)，脱氯单胞菌属(dechlorosoma，6.15％)和沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonas，4.36％)。[0075]地杆菌属(geobacter)是已报道的产电微生物，以其对低氧化还原电位的适应性，已经成为mfc研究中最具代表性的电活性微生物之一。nha/cnt/cb-mfcs阳极生物膜中地杆菌属(geobacter)的相对丰度不仅相对于接种污泥有明显的提升，而且同时也大大高于其在cb-mfc样本中9.13％的丰度。[0076]一方面，作为典型电活性微生物，实验结果表明地杆菌属(geobacter)对双氯芬酸有较强的耐受能力，这也很好的解释了长期暴露双氯芬酸的微生物燃料电池经过驯化能够保持较好的电能输出，同时相对于cb-mfcs，nha/cnt/cb-mfcs的产电性能更好，可能也是因为含有更高丰度的地杆菌属(geobacter)。另一方面，地杆菌属(geobacter)具有降解有机污染物的能力，在氯酚类有机物的降解研究中，发现能够通过鞭毛向氯酚传递电子用于脱氯反应。研究表明双氯芬酸在修饰阳极mfc中的降解也是脱氯过程。因此本研究中nha/cnt/cb-mfcs能够实现双氯芬酸的强化降解，地杆菌属(geobacter)的较高丰度也是重要原因。总之，nha/cnt/cb-mfcs的修饰阳极有利于富集地杆菌属(geobacter)，而较高丰度地杆菌属(geobacter)的存在赋予微生物燃料电池较好的产电性能和更强的双氯芬酸降解能力。[0077]此外，脱氯单胞菌属(dechlorosoma)是已报道具有降解功能的菌，以往研究者人在研究氯酚的降解中也鉴定出该菌属，在本发明nha/cnt/cb-mfcs和cb-mfcs两个样本中脱氯单胞菌属(dechlorosoma)均具有一定丰度，表明脱氯单胞菌属(dechlorosoma)也是通过双氯芬酸长期驯化得到的优势菌，并在双氯芬酸的降解过程中发挥着重要作用。当前第1页12当前第1页12