采用石墨-无机硅胶复合阳极的土壤MFC产电性能研究

摘要

土壤微生物燃料电池(MFC)可以将土壤产电细菌分解有机质产生的化学能转化为电能.为了提高土壤MFC的产电性能,实现持续稳定驱动小功率用电器,本研究发明一种新型复合材料作为阳极,在水稻土中构建了土壤MFC.通过串联两个土壤MFC,将输出电压维持在1403.3～1579.9 mV,实现持续驱动电子计时器稳定运行30 d.之后移除电子计时器进行土壤MFCs的电化学测试.功率密度曲线显示串联土壤MFCs最大功率密度5.45 mW·m-2,最大输出功率158.42μW.电化学阻抗谱分析表明,单个土壤MFC阳极电荷传递电阻分别为16.46Ω和16.80Ω.从阳极表面的土壤样品中提取RNA,对逆转录后的16S rRNA进行测序分析.结果显示,土壤MFCs中,阳极上有14个产电细菌相关属,其中地杆菌属(Geobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、梭菌属(Clostridium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和脱硫球茎菌属(Desulfobulbus)16S rRNA的数量均占所有产电细菌相关属总数的10％以上,为最活跃的产电细菌相关属.