2015年7月第52卷第4期四川大学学报(自然科学版)JournalofSichuanUniversity(NaturalScienceEdition)July.2O15V0l_52No.4doi:103969/j.issn.0490—6756.2015.07.038王(1微生物电解乙酸合成高值有机物娟,朱晓宇,刘柯,李建,李大平,高平四JII大学生命科学学院,成都610064;2.中国科学院成都生物研究所,成都610041)摘要:以微生物电解池为平台,考察了阴极电势,pH以及初始乙酸盐浓度对乙酸还原及其丁酸、乙醇等产物积累的影响.结果显示,恒定阴极电势一900mV(VS.Ag/AgC1)、pH6.0时,初始乙酸钠浓度为1.0g/L时,丁酸产量最高,可达到80(±5)mg/L,乙醇积累26(土5)mg/L.在一900mV阴极电势下,总碳回收率达到63.2,产物电子回收率为13.06;在一800mV阴极电势下,总碳回收率达到42.8,产物电子回收率为54.4.控制阴极电势一850mV,初始乙酸钠浓度由lg/L增加到5g/L,丁酸的产量由48.8mg/L增加到76.2mg/L,提高了56.扫描电镜显示,阴极碳毡上茵体主要为杆菌.对阴极附着微生物进行变性梯度凝胶电泳(PCR—DGGE)分析发现,假单胞菌属(Pseudomonas)和梭菌属(Clostridium)为主要的功能茵群,假单胞茵可能与阴极电子传递有关,而梭茵可能与高值有机物的合成有关.关键词:微生物电化学技术;生物阴极;乙酸;丁酸;乙醇中图分类号:Q93文献标识码:A文章编号:0490—6756(2015)04—0925—07StudyofhighvalueorganicssynthesisfromacetatereductioninmicrobialelectrochemicalsystemsWANGJuan,ZHUXiao—Yu,L,UKe,LIJian,LIDa—Ping,GAOPing(1.CollegeofLifeSciences,SichuanUniversity,Chengdu610064,China;2.ChengduInstituteofBiology,ChineseAcademyofScience,Chengdu610041,China)Abstract:Theeffectofcathode,pHandinitialconcentrationofacetateontheacetatereductionandtheaccumulationofbutyrate,ethanolandotherproductswerestudiedtakingmicrobialelectrochemicaltech—nologyasaplatform.Inthebatchtestofbiocathodepotential,thehighestproductionrateofbutyrateandethanolwas80(±5)mg/Land26(±5)mg/L(atpotential-900mV).Electronandcarbonhal—ancesrevealedthatthecathodiccarbonefficiencyandelectronefficiencywas63.2and13.06atpo—tentialof一900mV.Atpotentialof一800mV,thecathodiccarbonefficiencyandelectronefficiencywas42.8and54.4,respectively.BatchtestofpHindicatedthatpH6.0wasthebestconditionofpro—ducinghighvalueorganics.Atthepotentialof一850mV,theyieldofbutyrateincreasedfrom48.8mg/Lto76.2mg/L,theconcentrationofbutyrateincreasedby56from1g/Lto5g/Lsodiumacetate.SEMshowedthecathodesmainlyincludedrod—shapedorganism.PCR-DGGErevealedthatPseudomonasandClostridiumweredominantpopulations.Pseudomonasmaybeassociatedwiththecathodeelectrontransfer,andclostridiummaybeassociatedwiththesynthesisofhighvalueorganics.收稿日期基金项目作者简介通讯作者2O14—04—01国家自然科学基金资助项目(31270166)王娟(1988一),女,硕士研究生,研究方向为微生物学.E—mail:hellohappywj@163.tom高平.E—mail:gaoping99@hotmail.corn926四川大学学报(自然科学版)第52卷Keywords:Microbialelectrochemicaltechnology;Biocathode;Acetate;Butyrate;Ethanol引言微生物电化学系统(Microbialelectrochemi—calsystems,MESs)是一种利用微生物作为催化剂来进行阳极氧化或(和)阴极还原的新兴技术u].该技术主要包括微生物燃料电池(Micro—bialfuelceils,MFCs)和微生物电解池(Micro—bialelectrolysiscells,MECs).近年来,MESs已应用于很多领域,包括分解废弃物产电]、重金属还原]、硝酸盐去除[7]、硫酸盐还原和卤代烃的脱氯[1],它的另外一个重要的领域就是合成能源物质.微生物电合成(Microbialelec—trosynthesis)技术是在MECs基础上发展起来的,以生物阴极为核心、以含碳化合物(CO或者乙酸等)作为电子受体进行还原合成有机化学品的一类专门技术.微...