L ỜI CẢM ƠN
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
3.1.2. Tốc độ tiêu thụ lactate trong khoang anot
Sự biến thiên về nồng độ lactate trong các hệ MFC sau 7 ngày thí nghiệm được trình bày trong hình sau:
Hình 0.4. Sự biến động của hàm lượng lactate trong khoang anot
Có thể thấy rằng nồng độ lactate tại anot đối với 2 hệ MFC có sử dụng chủng vi khuẩn SP200 và HN41 giảm nhanh trong những ngày đầu tiến hành thí nghiệm, và giảm sâu nhất ở ngày thứ 5 do hết cơ chất, sang ngày thứ 7 có bổ sung cơ chất thì lượng cơ chất tăng lên gần bằng giá trị ban đầu. Trong khi đó, nồng độ lactate tại anot trong thí nghiệm đối chứng không có vi khuẩn hầu như không biến đổi trong suốt thời gian thí nghiệm, điều này chứng tỏ lactate tại anot đã bị phân hủy yếm khí hoàn toàn bởi vi khuẩn. Cũng theo nghiên cứu khác cho thấy pin nhiên liệu vi sinh vật khi sử dụng chủng vi khuẩn Shewanella
trong pin nhiên liệu MFC thì việc giảm nồng độ lactate là do việc sử dụng và chuyển hóa của vi khuẩn [36].
Lactate là một chất nền quan trọng vừa cung cấp năng lượng cho vi khuẩn vừa là chất cho điện tử trong hệ pin. Tại khoang anot, vi khuẩn Shewanella đã sử dụng lactate cho quá trình hô hấp kị khí, chuyển điện tử đến điện cực than chì, dòng điện tử này đã được chuyển ra ngoài khoang điện cực âm. Mật độ tế bào trong môi trường giảm xuống ngay cả khi bổ sung cơ chất vào thời điểm
ngày thứ 5 khi lượng cơ chất giảm xuống gần 0 nhất, không có nghĩa là tế bào vi khuẩn không sinh trưởng.
Kết thúc thí nghiệm, nhận thấy các tế bào vi khuẩn hình thành biofilm trên bề mặt màng ngăn anot, như vậy vi khuẩn có thể tăng sinh và hình thành lớp màng sinh học trên vách ngăn chứ không di chuyển di chuyển trong môi trường nuôi, điều này giải thích vì sao OD tăng ít trong môi trườngmặc dù vẫn được bổ sung cơ chất lactate. Lactat là một chất nền quan trọng vừa cung cấp năng lượng cho vi khuẩn sử dụng vừa là chất cho điện tử trong BES. Tại khoang anot, vi khuẩn Shewanella sp. HN-41 sử dụng lactat cho quá trình hô hấp kị khí. Phản ứng phân hủy lactate xảy ra theo phương trình:
CH3CH2OCOO- + H2O CH3COO- + CO2 + 4e- + 4H+ [37]
Điện tử sinh ra sau đó được vận chuyển trực tiếp từ màng ngoài của vi khuẩn đến điện cực, theo thế chênh lệch oxy hóa khử dẫn ra ngoài đểđến catot. Sự thay đổi pH trong khoang anot cũng được nghiên cứu, quá trình oxi hóa lactate trong khoang điện cực âm sản sinh proton H+, điều này giải thích cho sự suy giảm pH trong môi trương anot, pH của môi trường ban đầu trong các khoang anot do sử dụng đệm HEPES dao động trong khoảng7,7 xuống 7,4 sau 7 ngày thí nghiệm đồng thời sau đó ổn định ở 7,5.
Hình 0.5. Sự biến động của pH trong môi trường khoang anot
Tốc độ giảm pH của hai hệ vi khuẩn cũng tương đối đồng đều, hiện tượng này xuất hiện trong phản ứng phân hủy yếm khí lactate. Ở hệ MFC của chủng SP 200 giảmkhoảng 24% trong khi đó pH trong hệ chủng HN41 giảm khoảng 10%, như vậy tại thời điểm ban đầu lactate bị phân hủy và chuyển hóa thành H+ ở hệ SP200 nhiều hơn HN41. Khả năng sinh trưởng của vi khuẩn
Shewanella trong các hệ thống với pH thay đổi từ pH 6-9 không có sự thay đổi
đáng kể. Tuy nhiên, cơ chất lactat bị tiêu thụ hết sau 6 ngày thí nghiệm, đã được bổ sung hàng tuần, tuy vậy mật độ OD vi khuẩn vẫn giảm nhẹ trong các tuần thí nghiệm tiếp theo. Nguyên nhân là do vi khuẩn tăng sinh hình thành lớp màng sinh học trên vách ngăn cao su (ngăn cách khoang anot với môi trường bên ngoài) nhưng không di chuyển vào môi trường.