[发明专利]一种构建多层生物膜电极的方法及多层生物膜电极

权利要求书

1.一种构建多层生物膜电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)提供包括由阴极腔室和阳极腔室构成的H型电解池、工作电极、对电极、参比电极和培养基的反应体系，向所述阴极腔室或阳极腔室中添加培养基，并曝氮气30min-120min；

2)向所述阴极腔室和/或阳极腔室中添加电活性的第一微生物菌种，然后向所述阴极腔室和/或阳极腔室施加电势，使所述第一微生物菌种生长在所述工作电极和所述对电极中的至少一个的外表面上以形成电活性的第一生物膜；然后向所述反应体系中接种第二微生物菌种，使所述第二微生物菌种利用所述第一微生物菌种的代谢产物，在具有电活性的所述第一生物膜外形成第二生物膜；

3)向所述阴极腔室或阳极腔室中通入气体，设定恒定电势，培养并驯化步骤2)中获得的生物膜，进行微生物电合成；

4)根据所使用的微生物菌种的最适生长pH和温度，调节所述反应体系的pH和温度，并对所述反应体系内的pH进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤1)中，所述工作电极和所述对电极由选自泡沫碳、纳米多孔碳、碳纤维中空纤维膜或石墨片的碳基材料构成，并且所述参比电极选自Ag/AgCl电极、甘汞电极或氢电极。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤2)中，向所述体系施加的电势，如果阴极为工作电极，则施加的电势为-0.5V至-1.5V(相对于Ag/AgCl)，如果阳极为工作电极，则施加的电势为0.5V至1.5V(相对于Ag/AgCl)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤2)中，还包括在形成所述第二生物膜之后，向所述反应体系中接种利用所述第二微生物菌株的代谢产物作为其自身的反应底物的第三微生物菌种以形成第三生物膜。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中在步骤2)中，根据所述工作电极为阳极电极或阴极电极，来构建阳极多层生物膜或阴极多层生物膜。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在步骤2)中，如果构建阴极多层生物膜，则所述第一微生物菌种选自产酸菌、产醇菌、假单胞菌，如Sporomusa、Clostridium、Geobacter或Shewallena；并且所述第二微生物菌株选自产丁酸菌或亚硝酸盐还原菌。

7.根据权利要求5所述的方法，其中在步骤2)中，如果构成阳极多层生物膜，则所述第一微生物菌种为好氧真菌，其选自木霉属、青霉属、漆斑霉属或毛壳霉属，如Trichodermareesei、Trichoderma viride或Trichoderma harzianum；并且所述第二微生物菌株为乳酸菌，其选自乳杆菌属、片球菌属或链球菌属，如Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus rhamnosus、Lactobacillus casei、Lactobacillus paracasei、Lactobacillus plantarum、Lactobacillus gasseri、Lactobacillus reuteri、Lactobacillus bulgaricus或Lactobacillus johnsonii。

8.根据权利要求5所述的方法，如果构建阴极三层生物膜，则所述第三微生物菌株选自链延长菌，如Clostridium属、Clostridium bacterium或Desulfovibrio；如果构建阳极三层生物膜，则所述第三层微生物菌株为厌氧产酸菌，其选自梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属或双歧杆菌属，如Clostridium ljungdahlii、Butyrivibrio fibrisolvens、Bifidobacterium或Clostridium tyrobutyricum。