技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于環(huán)境與新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種嗜吡啶紅球菌及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
：

微生物燃料電池(microbialfuelcell,mfc)是一種以微生物為陽極催化劑，將有機物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。同常規(guī)燃料電池相比，mfcs以微生物代替昂貴的化學(xué)催化劑，具有操作條件溫和、無需為防止催化劑中毒提純?nèi)剂?、環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)化率高、生物相容性好、原料來源更廣泛等眾多優(yōu)點。理論上，所有可微生物降解的有機物(如有機廢水、人畜糞便、廚余垃圾等有機廢棄物)均可作為mfcs的燃料，因而mfcs可在處置有機廢物的同時產(chǎn)生清潔能源。

產(chǎn)電微生物作為mfc的陽極催化劑，氧化有機物產(chǎn)生電子并將電子通過一定途徑傳遞到陽極電極上的速率是影響mfc輸出功率的主要限制因素之一。因此，新型高效產(chǎn)電微生物的分離鑒定及其產(chǎn)電機制的研究，不僅有助于闡明mfc中的產(chǎn)電呼吸代謝途徑，而且有利于進一步提高mfc的產(chǎn)電性能。

嗜吡啶紅球菌是一種能夠降解吡啶、苯酚等含氮雜環(huán)芳香烴化合物的微生物菌株，自20世紀70年代以來就有研究人員陸續(xù)分離到了一些此類的降解菌株，如孫紀全等從制革廢水中分離到一株能夠降解吡啶、苯酚的紅球菌，該菌株能夠在鉻–吡啶、苯酚–吡啶復(fù)合污染條件下降解吡啶，并且特定濃度的苯酚會促進該菌株降解吡啶，具有了較好的工程應(yīng)用前景。經(jīng)文獻和專利檢索，尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于嗜吡啶紅球菌具有產(chǎn)電活性的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種嗜吡啶紅球菌及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明的第一個目的是提供一種嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1，該菌于2017年04月13日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(cgmcc)，地址：北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號中國科學(xué)院微生物研究所，其保藏編號為：cgmccno.14021。

本發(fā)明的第二個目的是提供嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1在微生物發(fā)電中的應(yīng)用。

本發(fā)明的第三個目的是提供一種微生物發(fā)電方法，其特征在于，包括以下步驟：將嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1菌體重懸于含有燃料的陽極液中，然后接入到滅菌的微生物燃料電池中，靜置培養(yǎng)進行產(chǎn)電。

所述的含有燃料的陽極液優(yōu)選為垃圾滲濾液。

所述的燃料優(yōu)選為檸檬酸、琥珀酸、葡萄糖、蔗糖、酵母粉和乙酸鈉的一種或幾種。

本發(fā)明的第四個目的是提供嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1在微生物燃料電池中的應(yīng)用。

所述的微生物燃料電池優(yōu)選為單室空氣陰極微生物燃料電池。

所述的嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1在作為微生物燃料電池的陽極催化劑用于處理垃圾滲濾液中的應(yīng)用。

本發(fā)明的第五個目的是提供一種微生物燃料電池，其特征在于，所述的微生物燃料電池的陽極催化劑為嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1。

所述的微生物燃料電池的燃料優(yōu)選為檸檬酸、琥珀酸、葡萄糖、蔗糖、酵母粉和乙酸鈉中的一種或多種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明的嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1具有產(chǎn)電活性，可以作為微生物燃料電池的陽極催化劑，它能有效分解有機物從而直接獲得電能，通過定期更換陽極液中有機物，可保持菌株的催化活性長期連續(xù)運行，催化劑不易中毒，電池運行成本較低。

(2)本發(fā)明的嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1是從垃圾滲濾液中分離出來的，環(huán)境適應(yīng)強，對垃圾滲濾液、工業(yè)廢水等極端有機廢水具有較好的適應(yīng)性，可以作為微生物燃料電池的陽極催化劑處理極端有機廢水。

(3)本發(fā)明的嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1為兼性厭氧菌，能有效的分解檸檬酸、琥珀酸、葡萄糖、蔗糖、酵母粉或乙酸鈉等多種有機物同時獲得電能，能提高微生物燃料電池的輸出電壓。

本發(fā)明的嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1于2017年04月13日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(cgmcc)，地址：北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號中國科學(xué)院微生物研究所，其保藏編號為：cgmccno.14021。

附圖說明：

圖1是微生物燃料電池處理垃圾滲濾液時電壓輸出情況；

圖2是嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1利用乙酸鈉為燃料產(chǎn)電情況；

圖3是嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1負載在微生物燃料電池陽極電極的sem圖。

具體實施方式：

以下是對本發(fā)明的進一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。

實施例1：嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1的分離鑒定

以廣東省某垃圾焚燒廠垃圾滲濾液為單室空氣陰極微生物燃料電池陽極液，啟動單室空氣陰極微生物燃料電池。單室空氣陰極微生物燃料電池以碳布為陰極和陽極電極，pt/c為陰極催化劑，外接1000ω電阻。將單室空氣陰極微生物燃料電池置于30℃的生化培養(yǎng)箱中，靜置培養(yǎng)。在線監(jiān)測電池的輸出電壓，最大輸出電壓達到0.35v，待電池輸出電壓穩(wěn)定后再連續(xù)培養(yǎng)一個月，電池輸出電壓穩(wěn)定(見圖1)。

拆開電池，剪取一小塊陽極碳布，接入到lb液體培養(yǎng)基中進行擴大培養(yǎng)，隨后多次涂lb平板分離到單菌落，得到hr-1菌株。

該菌株的分類學(xué)特征是：

1、形態(tài)學(xué)特征：

菌落形態(tài)呈現(xiàn)圓形，呈紅色，單菌落直徑大小約為2mm左右，邊緣整齊規(guī)整；細胞形態(tài)為短桿狀，尺寸范圍為1.0～2.0μm×0.2～0.4μm，兼性厭氧。

生理生化性質(zhì)見表1：

表1菌株hr-1的生理生化性質(zhì)

注：+表示可反應(yīng)，-表示不可反應(yīng)或反應(yīng)較弱

2、分子生物學(xué)分離特征：

利用常規(guī)方法提取該菌的16srdna，其16srdna的核苷酸序列如seqidno：1所示，分析表明，該hr-1菌株的16srdna與前期yoon,j.h.等從韓國工業(yè)廢水中分離的rhodococcuspyridinovoranspdb9t菌株的16srdna序列相似度為98.66％，表明該菌屬于紅球菌屬中的一個種。

綜上所述，鑒定該菌屬于紅球菌屬中的一個種，命名為嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1，該菌于2017年04月13日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(cgmcc)，地址：北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號中國科學(xué)院微生物研究所，其保藏編號為：cgmccno.14021。

實施例2：以乙酸鈉為燃料的產(chǎn)電情況

將實施例1中得到的嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1接種到lb液體培養(yǎng)基中，在30℃、160rpm條件下?lián)u床活化菌體36h，使菌體數(shù)量達到指數(shù)生長期，菌液在4000rpm下離心10分鐘，隨后用pbs洗滌3次，重新懸浮于0.2mol/l的乙酸鈉溶液(即為含有燃料的陽極液)中，作為微生物燃料電池的陽極接種液。

將陰極和陽極電極為碳布，pt/c為陰極催化劑，外接1000ω電阻的單室空氣陰極微生物燃料電池組裝好并滅菌，隨后往電池中接入上述制備好的陽極接種液，為縮短電池啟動時間，陽極接種液中菌體數(shù)量達到8×10⁶個/l，將電池置于30℃的生化培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)，在線監(jiān)測電池輸出電壓，輸出電壓結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，以嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1作為微生物燃料電池的陽極催化劑，以乙酸鈉為燃料，微生物燃料電池的最大電壓達到0.48v。

實施例3：以葡萄糖為燃料的產(chǎn)電情況

與實施例2的不同之處在于：

含有燃料的陽極液為0.2mol/l的葡萄糖溶液，陽極接種液中嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1菌體數(shù)量達到1×10⁶個/l，將電池置于30℃的生化培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)，在線監(jiān)測電池最大輸出電壓穩(wěn)定于0.40v，說明嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1可以在微生物燃料電池系統(tǒng)中有效的降解葡萄糖獲得電能。

實施例4：以檸檬酸為燃料的產(chǎn)電情況

與實施例2的不同之處在于：

含有燃料的陽極液為0.2mol/l的檸檬酸溶液，將電池置于30℃的生化培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)，在線監(jiān)測電池最大輸出電壓穩(wěn)定于0.38v，說明嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1可以在微生物燃料電池系統(tǒng)中有效的降解檸檬酸獲得電能。

實施例5：以琥珀酸為燃料的產(chǎn)電情況

與實施例2的不同之處在于：

含有燃料的陽極液為0.2mol/l的琥珀酸溶液，將電池置于30℃的生化培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)，在線監(jiān)測電池最大輸出電壓穩(wěn)定于0.36v，說明嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1可以在微生物燃料電池系統(tǒng)中有效的降解琥珀酸獲得電能。

實施例6：以蔗糖為燃料的產(chǎn)電情況

與實施例2的不同之處在于：

含有燃料的陽極液為0.2mol/l蔗糖，將電池置于30℃的生化培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)，在線監(jiān)測電池最大輸出電壓穩(wěn)定于0.40v，說明嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1可以在微生物燃料電池系統(tǒng)中有效的降解蔗糖獲得電能。

實施例7：以垃圾滲濾液為含有燃料的陽極液的產(chǎn)電情況

與實施例2的不同之處在于：

含有燃料的陽極液為垃圾滲濾液，還格外加入了嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1，制得的陽極接種液中的嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1的濃度與實施例2相同。將電池置于30℃的生化培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)，在線監(jiān)測電池最大輸出電壓穩(wěn)定于0.40v。因此加入嗜吡啶紅球菌(rhodococcuspyridinovorans)hr-1提高了電池的穩(wěn)定最高輸出電壓。

上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應(yīng)包含于本發(fā)明的專利保護范圍中。

序列表

<110>中國科學(xué)院廣州能源研究所

<120>一種嗜吡啶紅球菌及其在微生物燃料電池中的應(yīng)用

<160>1

<210>1

<211>1420

<212>dna

<213>嗜吡啶紅球菌（rhodococcuspyridinovorans）hr-1

<400>1

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