環(huán)境生物ppt課件-資料下載頁
2025-01-17 18:00本頁面
【正文】 ，急需發(fā)現(xiàn)能夠使用廣泛有機物作為電子供體的高活性微生物。今后的研究將繼續(xù)致力于發(fā)現(xiàn)和選擇這種高活性微生物。以有機廢水 (如淀粉廠出水 )為燃料建立微生物燃料電池，試圖分離所需菌種。 第三節(jié) 酶生物燃料電池 概述 酶生物燃料電池是將酶從生物體系中提取出來，利用其活性在陽極催化燃料分子氧化、同時加速陰極氧的還原 與微生物燃料電池相比 微生物燃料電池和酶燃料電池的比較 parameter 微生物燃料電池 酶燃料電池 催化劑 微生物 酶 使用壽命 長 短 氧化能力 完全氧化 不完全氧化 能量濃度 低 高 成本 高 低 膜表面分離器 需要 不需要 酶 生物燃料電池的結(jié)構(gòu) 在酶燃料電池中 ,酶可以與介體一起溶解在底物 ( 燃料 ) 中 ,也可以固定在電極上。后者由于催化效率高、受環(huán)境限制小等優(yōu)點而具有更廣泛的用途。在早期的生物燃料電池系統(tǒng)中 , 更多地用氣體擴散電極與酶陽極或陰極相匹配用兩種不同酶電極的酶燃料電池較少。近年來 , 隨著修飾酶電極技術的發(fā)展 ,大多數(shù)酶燃料電池研究工作均采用正、負電極均為酶電極的結(jié)構(gòu)。此外 , 使用固定酶電極的酶燃料電池為了防止兩電極間電極反應物與產(chǎn)物的相互干擾 ,一般將正、負電極用質(zhì)子交換膜分隔為陰極區(qū)和陽極區(qū) ,即兩極室酶燃料電池 ,這與傳統(tǒng)電池陰極 P 隔膜 P 陽極的結(jié)構(gòu)相仿。 酶燃料電池的工作原理 兩極室酶燃料電池 兩極 室酶燃料電池原理 用電子介體修飾的葡萄糖氧化酶電極作為電池的陽極 ,固定化微過氧化物酶 11電極作陰極，電池工作時 ,在 GOx 的輔因子 FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸 )的作用下葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸內(nèi)酯并最終轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸 ,產(chǎn)生的電子通過介體轉(zhuǎn)移到電極上 ,H+透過隔膜擴散到陰極區(qū)；在陰極區(qū) ,H2O2 從電極上得到電子 ,在 MP11 的作用下與 H+反應 ,生成 H2O。 酶燃料 電池的基本結(jié)構(gòu) 無隔膜酶燃料電池 雖然兩極室的酶燃料電池有很多優(yōu)點和用途，但由于需要隔膜給實際操作帶來許多不便，也不利于電池的微型化。因此近年來人們開始致力于無隔膜酶生物燃料電池研究。 單極室的無隔膜酶燃料電池采用均相混合溶液作為燃料，不僅使電性能得到提高，而且有利于電池微型化 采用 BOD P GOx 電極的酶燃料電池可植入人體內(nèi)為生物傳感器提供電能。 單極室酶燃料電池簡化了酶燃料電池結(jié)構(gòu)，不僅可以制備出體積極小的微型酶燃料電池，同時具有很好的生物相容性。通過采用微細電極材料和電極制備技術有可能研制出體積更小的微電池和微電池組。 酶燃料電池的應用與發(fā)展趨勢 酶燃料電池原料來源廣泛、生物相容性好、在常溫常壓和中性溶液環(huán)境中工作、可以用多種天然有機物作為燃料，是一種可再生的綠色能源，可為微型電子裝置提供電能。在疾病的診斷和治療、環(huán)境保護以及航空航天等領域具有誘人的應用前景。 生物酶燃料電池的最新研究進展 ? 1）其中一個最重大的進展，就是生物燃料電池的生物陽極和生物陰極使用了新的技術，用直接電子轉(zhuǎn)移取代了以前的間接電子轉(zhuǎn)移。直接傳遞的好處在于使電子直接從催化劑傳遞到電極，中間使用傳遞媒介的這一問題得到解決。無介體酶生物燃料電池采用導電聚合物作為酶固定材料 ?2）第二關鍵是延長固定化酶的活性時間。酶是 蛋白質(zhì)，在緩沖液當中的壽命時間是八小時到兩天，盡管固定在電極表面的酶的壽命可以延長到 7到 20天。近來，通過把酶封裝在膠束聚合物中，可以使其活性延長到一年以上，這個膠束為酶提供了合適的 PH還有生物可容性的環(huán)境，防止其變性 焦點 如何提高酶生物燃料電池的效率 三個技術難點： ? 1）生物燃料電池陽極需要是三維的，這樣就 有足夠的敏感度。陽極必須要使表面區(qū)域所需要的達到最佳化，孔越小，相對反應面積越大，反應速率越快。但孔太小，液態(tài)燃料的傳送也就成了一個問題。 2）成功的固定化多酶系統(tǒng)是需要可以使燃料完全氧化成二氧化碳。目前的酶燃料電池的效率是比較低的，只能用單一的酶和將燃料部分氧化。這和細胞內(nèi)可以使生物燃料完全氧化成二氧化碳和水是完全不同的。 3）陽極必須支持高效率的電荷轉(zhuǎn)移機制 ，因此了解之間的相互作用，孔隙度，比表面積，以及電子和質(zhì)子電導率 至關重要。 ? 在應用程序開發(fā)的前景與微生物燃料電池方面： ? ①替代能源 。② 傳感器 。③ 污水處理新技術 。④ 利用微生物燃料電池的特殊環(huán)境未培養(yǎng)細菌的富集。 ? 替代能源，生物質(zhì)能 因為 MFC將能轉(zhuǎn)化為電能的生物量直接轉(zhuǎn)化 ，機器人、汽車、醫(yī)療方面應用潛力廣泛。 ? 生物修復 ? 在航空航天上的使用，目前已應用于宇宙飛船。 生物燃料電池的價值和應用 第四節(jié) 生物燃料電池的應用與前景 最新成果 ? 微生物傳感器的發(fā)展，廣泛 工作的 MFC使用的原則制定新的生化需氧量傳感器在于：①電池產(chǎn)生的電流或充電之間的污染物濃度呈良好的線性關系 。② 電池的電流對污水響應速度更快 。③ 有較好的重復性。 ? 作為一個新的水處理工藝 目前，由于燃料有機廢水，有機物質(zhì)循環(huán)中的化學能的污水一直是 MFC的這項研究的主要目的，但在研究中，污水處理后的 MFC的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，以便為新的污水處理技術開發(fā)的研究人員到 MFC基本工作原理產(chǎn)生了濃厚的興趣。 優(yōu)點： 1）可以為微生物燃料電池提供一個新的研究方向； 2）為處理污水，將無用資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮a(chǎn)能量的有用資源提供了新的發(fā)展方向。 總之， MFC的替代能源的發(fā)展，微傳感器的研究和水處理工藝的開發(fā)是一個良好的前景，但是，在改善電化學性能的提高電池的輸出功率密度和更低的成本，電池還需要繼續(xù)探索深度。隨著研究的不斷深入的 MFC， MFC應用程序?qū)槠诓贿h工業(yè)化。 生物燃料電池存在的問題與前景 E N D 謝 謝
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