化石燃料的持续使用使得能源危机和全球变暖成为当前社会急需克服的主要困难。生物质制氢作为一种无碳排放的清洁能源载体,越来越受到人们的关注。微生物电解池(MEC)是一种利用生物质能生产氢气的新技术,为利用可再生生物质能和废水生产清洁、可持续的氢气提供了全新的途径。MEC微生物反应中最重要的反应场所是阳极产电菌微生物膜,产电菌以有机物为电子供体并将电子转移到阳极的反应直接关系到MEC中氢气产率。本文通过构建单池微生物电解池,控制单一影响因素,分析研究不同发酵参数与电化学参数调控下MEC阳极膜形成过程中的电流密度、电极电势、阳极膜电化学活性、氢气产率以及培养好的阳极膜对应膜生物量与胞外聚合物(EPS)中蛋白质与多糖含量,解析MEC产电产氢与EPS组分的内在联系,并试图揭示阳极膜EPS化学成分含量规律。实验研究表明,接种量与培养温度对MEC阳极膜形成有显著影响。培养过程中接种量增加到30%时,MEC阳极膜形成效果最佳,对应氢气产率达到6.05mol/mol-葡萄糖;一定范围内提高培养温度有利于MEC阳极膜性形成,35℃时MEC电流密度最高,阳极膜电化学活性与产氢能力最佳,温度上升到40℃时MEC性能有所下降,培养温度过高不利于MEC阳极膜形成;不同底物运行的MEC均表现出明显的电流密度与阳极膜电化学活性,MEC阳极产电菌可利用底物较广泛,但不同底物对MEC能量效率有所差异,乙酸底物的MEC能量效率最高。外加电压与MEC体系内阻对阳极膜形成影响显著。一定范围内提高外加电压有利于MEC阳极膜形成,0.8 V时MEC产电密度最高,达到12.28 A/m~2,继续升高电压,MEC电流密度下降,阳极膜电化学活性与产氢能力开始降低,过高电压不利于阳极生物膜富集;增大MEC电极间距不利于阳极膜的形成,MEC电流密度从1.5 cm间距的13.33 A/m~2下降到6.0 cm间距的0.56 A/m~2,阳极膜电化学活性与产氢能力同时降低;降低MEC外路负载可以提高MEC培养过程中电流密度,但同等阳极比表面积的阳极膜电化学活性与氢气产率差异不大。研究采用超声法提取不同发酵参数与电化学参数下形成的阳极生物膜中的EPS,并测定其中蛋白质和多糖的含量,发现阳极生物膜EPS中蛋白质含量明显高于多糖含量。膜生物量和EPS成分表明:大量的阳极附着细菌可以产生更高的电流密度并且EPS蛋白质成分明显随产电密度而增大,对应阳极膜有较高的氢气产率,阳极膜EPS中蛋白质成分增加会使EPS表面电负性降低。红外光谱证明了EPS中蛋白质和多糖的存在。本文研究不同影响因素对培养形成MEC阳极膜形成影响,进一步揭示EPS组成和特性等信息,有助于对MEC产电产氢机理的深入了解,为微生物电解池制氢的宏观调控提供了理论依据。