。1012。 北京科技大学学报 2006年第11期 导的传递方式，而且AHODS扩散到石墨电极表 面的阻力也增大，AQDS的作用就不太明显了. AHQDS-AQDS+H+e (6) 3结论 (l)Gebacter metallireducens在还原 Fe(OH)3的过程中，直接接触方式起着重要作用， 吸附形成的生物膜是一个关键因素，而生物膜的 形成是一个相对较长的过程AQDS电子传递中 图8微生物燃科电池阳极截面生物膜的扫描电镜图 间体通过其在细胞与金属氧化物间的电子传递作 Fig.8 SEM of bie film in the aode crosssection of the mi- 用，同样可以降低胞外电子传递过程阻力，在初始 crobe fuel cell 阶段显著加速异化还原. 月后菌体蛋白质质量浓度可达662mgL1.悬 (2)微生物在异化还原铁氧化物时，还原生 浮细胞很大一部分是生物膜老化后解离下来的， 成的F2+离子会与未还原的铁氧化物在其表面 此时更换阳极溶液，除去副产物和悬浮的死细胞。 二次成矿生成的磁铁矿，阻碍微生物异化还原过 可以加速细胞的代谢，提高电池内离子迁移速率 程的继续进行，电子传递中间体复合物在加速 电子传递速率较前一个电流平台稍高一些. Fe+生成的同时，也加速了磁铁矿生成。且两者 2.3AQDS对微生物燃料电池电流的影响 均不能消除这种阻碍. 在微生物电池开始接种时加入AQDS,产电 (3)细胞在固体表面的吸附并成膜是一种重 情况如图4中的a曲线所示，微生物电池运转稳 要的代谢途径，而电子传递中间体AQDS虽然能 定后加入AQDS,产电情况如图9所示. 在初期有效加快还原速率，但是当细胞吸附完成 后，其作用就不再显著了，说明微生物催化矿物氧 加AQDS 化还原反应动力学受生物膜控制.加速微生物在 0.3 矿物表面成膜及保持其稳定性是影响微生物浸矿 速率的重要因素. 02 0.1 参考文献 【刂李浩然冯雅丽。欧阳藩，等.微生物催化还原浸出深海锰 结核中有价金属.北京科技大学学报.200224(2)：153 10002000 3000 时间/min [2 Li H R.Feng Y L.Lu S C.et al.Bio-leaching of valuable metals from m arine nodules under anaerobic condition.Miner 图9AQDS对Geobacter metallireducens产电影响 Eg2005,18(15):1421 Fig.9 AQDS effect on generation current of the Geobacter met- 【3到冯雅丽，周良，祝学远等.Gobacter metallireduens异化 allireducens fuel cell 还原铁氧化物三种方式.北京科技大学学报.200628 (6):524 由图4中的a。b曲线对比可以看出：初期加 【4连静，祝学远，李浩然等.直接微生物燃料电池的研究现 入AQDS电流快速升高，较快达到稳定的最高 状及应用前景.科学技术与工程2005,5(22)：1747 点；而不加AQDS,如前所述需要一个长期的慢 【刘志丹，周良，杜竹玮，等.异化金属还原菌的研究进展。微 慢吸附、生物膜形成的过程.而在电池稳定后，即 生物学通报。2005.32(5)：156 吸附完全、生物膜形成后，再加入AQDS,只是略 [6 Booki M.Shaoan C.Bruce E L.Electricity generation using 微地提高了电流（图9）.实验过程中AQDS参与 membrane and salt bridge microbial fuel cells.Water Res. 2005.39:1675 电极反应，细胞失去电子给AQDS,使其还原成 [7]Sangeun O H.Booki M.Logan B E.Cathode performance as AHQDS(棕红色)（式(2）)：AHQDS再失去电子 a factor in electricity gereration in microbial fuel cells.Environ 给电极，自身被氧化为AQDS(式(6).AQDS在 Sci Technol200438(12):4900 接种的初期，可以很明显的加速电子传递：但形成 [8 Lovely K R.Bond D R.Microbial fuel cells (MFCS)with in 成熟的生物膜后，直接吸附接触的电子传递是主 terpoly mer cation exchange membranes.Sep Purif Techndl. (C)1994-2019 China Academic Journal Electronic PublishAll rights reserved. http://www.cnki.ne图 8 微生物燃料电池阳极截面生物膜的扫描电镜图 Fig.8 SEM of bio-film in the anode cross-section of the mi￾crobe fuel cell 月后菌体蛋白质质量浓度可达 66.2 mg·L -1 .悬 浮细胞很大一部分是生物膜老化后解离下来的, 此时更换阳极溶液, 除去副产物和悬浮的死细胞, 可以加速细胞的代谢 ,提高电池内离子迁移速率, 电子传递速率较前一个电流平台稍高一些. 2.3 AQDS 对微生物燃料电池电流的影响 在微生物电池开始接种时加入 AQDS , 产电 情况如图 4 中的 a 曲线所示, 微生物电池运转稳 定后加入 AQDS ,产电情况如图 9 所示 . 图 9 AQDS 对 Geobacter metallireducens 产电影响 Fig.9 AQDS effect on generation current of the Geobacter met￾allireducens fuel cell 由图 4 中的 a , b 曲线对比可以看出:初期加 入 AQDS 电流快速升高 , 较快达到稳定的最高 点;而不加 AQDS ,如前所述, 需要一个长期的慢 慢吸附 、生物膜形成的过程 .而在电池稳定后 ,即 吸附完全、生物膜形成后 , 再加入 AQDS ,只是略 微地提高了电流(图 9).实验过程中 AQDS 参与 电极反应 , 细胞失去电子给 AQDS , 使其还原成 AHQDS(棕红色)(式(2));AHQDS 再失去电子 给电极 ,自身被氧化为 AQDS(式(6)).AQDS 在 接种的初期,可以很明显的加速电子传递;但形成 成熟的生物膜后, 直接吸附接触的电子传递是主 导的传递方式, 而且 AHQDS 扩散到石墨电极表 面的阻力也增大,AQDS 的作用就不太明显了. AHQDS AQDS +H ++e - (6) 3 结论 (1 ) Geobacter metallireducens 在 还 原 Fe(OH)3的过程中 ,直接接触方式起着重要作用, 吸附形成的生物膜是一个关键因素, 而生物膜的 形成是一个相对较长的过程, AQDS 电子传递中 间体通过其在细胞与金属氧化物间的电子传递作 用,同样可以降低胞外电子传递过程阻力,在初始 阶段显著加速异化还原. (2)微生物在异化还原铁氧化物时, 还原生 成的 Fe 2 +离子会与未还原的铁氧化物在其表面 二次成矿生成的磁铁矿 ,阻碍微生物异化还原过 程的继续进行 .电子传递中间体复合物在加速 Fe 2 +生成的同时, 也加速了磁铁矿生成, 且两者 均不能消除这种阻碍 . (3)细胞在固体表面的吸附并成膜是一种重 要的代谢途径, 而电子传递中间体 AQDS 虽然能 在初期有效加快还原速率 ,但是当细胞吸附完成 后,其作用就不再显著了 ,说明微生物催化矿物氧 化还原反应动力学受生物膜控制 .加速微生物在 矿物表面成膜及保持其稳定性是影响微生物浸矿 速率的重要因素. 参 考 文 献 [ 1] 李浩然, 冯雅丽, 欧阳藩, 等.微生物催化还原浸出深海锰 结核中有价金属.北京科技大学学报, 2002 , 24(2):153 [ 2] Li H R, Feng Y L , Lu S C , et al.Bio-leaching of valuable metals from m arine nodules under anaerobic condition.Miner Eng , 2005 , 18(15):1421 [ 3] 冯雅丽, 周 良, 祝学远, 等.Geobact er metallired ucens 异化 还原铁氧化物三种方式.北京科技大学学报, 2006 , 28 (6):524 [ 4] 连静, 祝学远, 李浩然, 等.直接微生物燃料电池的研究现 状及应用前景.科学技术与工程, 2005 , 5(22):1747 [ 5] 刘志丹, 周良, 杜竹玮, 等.异化金属还原菌的研究进展.微 生物学通报, 2005 , 32(5):156 [ 6] Booki M , S haoan C , Bruce E L .Electricity generation using memb rane and salt bridge mi crobial fuel cells.Water Res, 2005 , 39:1675 [ 7] Sangeun O H , Booki M , Logan B E .Cathode performance as a fact or in electricity generati on in mi crobial fuel cells.Environ Sci Technol, 2004 , 38(12):4900 [ 8] Lovely K R, Bond D R.Microbial fuel cells(MFCS)with in￾terpolymer cation exchange membranes.Sep Purif Technol , 2005 , 41:321 · 1012 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期