Кинетические аспекты переноса электронов в системе "субстрат - биокатализатор - медиатор - электрод" в биотопливном элементе на основе Gluconobacter oxydans

• Автор: Нгуен Винь Тиен
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава Е Литературный обзор
ЕМикробные биотоиливпые элементы
1.2. Компоненты микробного биотопливного элемента
1.3.1. Двухкамерные М'ГЭ
1.3.2. Однокамерные МТЭ
1.3.3.Системы М'ГЭ с восходящим потоком
1.3.4. Сложенные М'ГЭ
2. Микроорганизмы, использованные в М'ГЭ
3. Уксуснокислые бактерии СЛисопоЬаМег охусіат
4.Медиа горы электронного т ранспорта
5. Характеристики МТЭ
6. Влияние операционных условий на характеристики МТЭ
7. Кинетика процессов переноса электронов в анодном отделении МТЭ
8. Иммобилизация биоматериала в БТЭ
9.Возможные направления применения М'ГЭ
10.Заключение
Елава 2. Экспсрименгальная часть
2.1. Реакі ивы
2.2. Культивирование бактериальных клеток СІисоноЬсісМг охусіат
2.3.Получение мембранной фракции бактерий СІисопоЬасіег охусіапх
2.4. Подготовка ячейки биотопливного элемента
2.5. Спектрофотометрическое определение скорости восстановления медиатора при различных условиях
2.6. Изучение концентрации кислорода в анолите БТЭ
2.7. Изучение вольт амперных характеристик медиатора
2.8. Иммобилизация бактерий в модифицированный ПВС на графитовом электроде
2.9. Определение стадии, лимитирующей переноса электронов на электрод с
иммобилизованными бактериями
Глава 3. Обсуждение результатов 5
3.1 .Кинетические аспекты взаимодействия медиатора с биокатализатором в суспензионном виде
3.1.1 .Кинетические характеристики взаимодействия ДХФИФ с суспензией
клеток Cluconobacter.oxydons
3.1.2.Оценка конкуренции между медиатором и растворенным кислородом.

3.1.3.Кинетические характеристики взаимодействия ДХФИФ с суспензией мембранной фракции, выделенной из Cluconobacter.oxydans
3.2 Влияние операционных условиях М’ГЭ на скорость восстановления медиатора
3.3. Кинетика взаимодействия иммобилизованных клеток Cluconobacter oxvc/ans
3.3.1 .Определение лимитирующей стадии при взаимодействии субстрата с иммобилизованными бактериальными клетками Cluconobacter oxydans
3.3.2.Кинетические характеристики взаимодействия медиатора с иммобилизованными биокатализаторами
3.3.3.Влияние поверхностной плотности биокатализатора
3.4. Кинетика разрядки медиатора на электроде
3.4.1 .Выявление конкурирующих стадий
3.4.2.Определение порядка реакции
3.5. Энергет ические характеристики БТЭ на основе бактерий Cluconobacter oxydans
Выводы
Благодарное'! и
Список литературы
СПИСОК СОКРЛЩЕНий
БГЖ ~ Ghojioi ическос потребление кислорода Ы Э - биот О! ы ивпый тлемепт БХ - 1,4-бс1МОипон
П 1.Ф - гексапианоферраг (III) калия КД1 e(CN)6|
ДББХ - 2,5-дибром-1,4-беи тохинон
ДГ ~ дегидрог спала
ДМФЦ -1,1 '-димет илферро! [ен
ДХФИФ - 2,6-дилорфснолиндофснол
МБХ - 2-mci ил-1.4-беьпохинон
М1Э - микробный биогоплинный элемент
M40III1 - микробный био топливный тлеменг плоской плаепшы НА/1, - н и кот и и а м и дад с н и 11 д и п у к л сот ид
НА/1,1-1 - восс Iaiювлеппая форма никотинамидадсниндинуклеот ида
ПВС— ПОЛИВИНИЛОВЫЙ спирт
ПОМ - нроюнно-обменная мембрана
ФАД - флавинадсниндинуклсот ид
ФАДНт- восстановленная форма флавинадениндинуклсотида Ф1 {- ферроцен
XIIK - химическое потребление кислорода
ЭДГА - эшлендиаминтетраацетат
G owclans - G chW'dans subsp mdntnus (BKM В-1 280)
PQQ - пиррол чиполипки нон

6.4. Операционные условия в анодной камере
Вид топлива, концентрация и скорость подачи его являются важными факторами, которые воздействуют на характеристики МТЭ. С заданным видом микроорганизмов иди микробным консорциумом, плотность энергии меняется в широких пределах при использовании различных топлив. Таблица показывает характеристики некоторых МТЭ при использовании различных микроорганизмов и топлив. Экспериментальные исследования показали, что производство электроэнергии зависит от концентрации топлива и в периодическом, и в непрерывном режимах работы МТЭ. Обычно более высокая концентрация топлива приводит к более высокой выходной мощности в широком диапазоне концентраций. Парк и Зейкус сообщили, что в однокамерном МТЭ на основе 5. риГге/асчепл с ростом концентрации лактата вплоть до избыточной концентрации 200мМ плотность тока увеличивается [49]. Мун и др. также исследовали влияние концентрации топлива на характеристики МТЭ. Их результаты показали, что плотность тока растет с увеличением концентрации топлива [621. Гил и др. обнаружили, что ток увеличился с ростом концентрации сточных вод до 50 ту/Г в их МТЭ [58]. Интересно, что генерация электроэнергии в МТЭ часто достигает максимума при относительно низком уровне подачи топлива с более высокой скоростью подачи. Это может быть из-за того, что высокая скорость подачи способствует росту ферментативных бактерий быстрее, чем электрохимически активных бактерий в смешанной культуре. Однако, если микроорганизмы растут вокруг электрода как биопленка, то увеличение скорости подачи мало влияет на микрофлору. Возможная причина состоит в том, что высокая скорость подачи приносит другие дополнительные акцепторы электронов, которые конкурируют с анодом и. следовательно, понижают выход тока.
6.5. Операционные условия в катодной камере
Кислород является наиболее естественным конечным акцептором электронов в катодной камере МТЭ. Выходная мощность МТЭ сильно зависит