基于鸡粪底物阳极驯化的膜无微生物燃料电池性能优化及生物修复机制研究

本研究针对微生物燃料电池(MFC)阳极生物膜形成效率低的问题，创新性地采用鸡粪同时作为底物和驯化剂，通过优化Bacillus subtilis生物膜导电基质（黄素半醌/氢醌），使驯化阳极最大功率密度达123.7 mW/m2（较对照组提升5倍），COD去除率97%，为废弃物能源化与污染治理提供了经济高效的解决方案。

　　

随着全球能源需求激增和碳中和目标的推进，如何将有机废弃物转化为清洁能源成为关键科学命题。传统微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)面临阳极生物膜电子传递效率低、需添加昂贵化学介体等问题，而农业废弃物如鸡粪的高有机质特性尚未被充分挖掘。马来西亚理科大学(Universiti Sains Malaysia)的Muaz Mohd Zaini Makhtar团队在《Journal of Immunological Methods》发表的研究，开创性地将鸡粪"一物双用"——既作底物又当驯化剂，为MFC性能提升提供了新思路。

研究采用单室无膜MFC(ML-MFC)架构，核心通过鸡粪浸渍液预驯化石墨阳极，结合Bacillus subtilis（枯草芽孢杆菌）生物膜自分泌黄素类介体的特性，运用场发射扫描电镜(FESEM)观察生物膜形貌，同步监测功率密度、化学需氧量(COD)去除率和生物量等指标。

样本制备与表征
鸡粪经晒干研磨后制成30%接种量的底物溶液，元素分析显示其含29.85%碳、3.52%氮，为微生物代谢提供理想环境。FESEM证实驯化阳极表面形成致密B. subtilis生物膜网络。

性能对比
驯化阳极最大功率密度达123.7 mW/m²，较对照组(25.6 mW/m²)提升近5倍。生物量动态显示：驯化组第5天达0.9 mg/L，非驯化组提前1天达峰但仅1 mg/L，说明驯化延长了电活性菌群稳定期。COD去除率在驯化组第4天即达97%，印证生物膜对底物降解的强化作用。

机制解析
研究揭示黄素半醌/氢醌构成生物膜导电矩阵，其介导的直接电子传递(DET)模式显著降低界面电阻。鸡粪中的碳氮比为微生物提供均衡营养，而7.24的天然pH值避免了额外调节成本。

该研究突破传统化学驯化局限，通过农业废弃物资源化实现"污染治理-能源回收"双赢。其创新性体现在：首次将鸡粪同时作为MFC底物和驯化剂；证实生物膜分泌黄素介体可替代人工电子穿梭体；为农场废弃物处理提供可复制方案。成果对实现联合国可持续发展目标(SDG7)具有实践意义，为发展中国家农村地区能源-环境协同治理提供了技术范本。