[发明专利]一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法

权利要求书

1.一种分层设计的高电活性生物膜可控形成方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

1)悬浮纯菌预消氧

反应体系由反应器、工作电极、对电极以及碳酸盐缓冲溶液的电解液构成。反应器中加入未曝氮气处理的电解液，并加入定量的悬浮纯菌，进行预消氧过程；

2)控制电压先后形成内外层生物膜

先向反应体系中接种电活性微生物，通过调控电压的梯度变化形成电活性生物膜内核；再向反应体系中接种混菌，并设定恒电压形成生物膜外壳；

3)调控微氧环境

向反应体系中充入微量的空气，继续设定恒电压进行微生物的培养，制得分层结构的高电活性微生物膜。

2.根据权利要求书1所述的悬浮纯菌预消氧过程，其特点在于，使用特定悬浮纯菌(大肠杆菌、醋酸菌等)消氧替代了曝氮气过程；接种过程分为两步，消氧菌与产电菌不共存；密闭性良好的容器可以作为反应器(厌氧瓶，血清瓶等)，碳基材料可以作为工作电极(石墨棒、石墨片以及其他复合材料等)，耐腐蚀的金属材料可以作为对电极(铂片、不锈钢网等)，根据反应器容积的不同可以选择面积不同的工作电极和对电极，可操作性更强，应用性更广。

3.根据权利要求书1所述的控制电压先后形成内外层生物膜过程，其特点在于，选用电活性优异的纯菌作为内层的理想菌种(包括Geobacter anodireducens、Geobactersulfurreducens、Geobacter metallireducens、Geobacter lovleyi)，并严格控制菌种的接种时间(悬浮纯菌消氧5-10小时后)以及菌种的接种顺序(先接种电活性微生物形成电活性生物膜内核，再接种混菌形成杂菌生物膜外壳)，形成的内外层结构分明的生物膜不仅提高了电活性性能，还增强了生物膜对环境的耐受能力，应用前景更加广泛。

4.根据权利要求书1所述的控制电压先后形成内外层生物膜过程，其特点在于，针对接种菌种的不同顺序，控制电路并设置不同的培养电压，设定电压从-0.8V～-0.2V梯度变化形成电活性生物膜内核，设定恒电位0V(Ag/AgCl参比)形成生物膜外壳，通过控制电路电压，高效地形成生物膜的内外层。

5.根据权利要求书1所述的调控微氧环境过程，其特点在于，利用微量氧气自动匹配外层辅助产电的非电活性菌层，微量的氧气能够促进好氧菌协助内层电活性微生物进行电子传递，形成致密的高电活性分层混合生物膜。