2022-3-22-15:03

电化学应用||双阴极结构和顶空气体再循环,用于促进卵形孢子虫微生物电合成

  微生物电合成(Microbial electrosynthesis)是微生物利用电能作为还原力将CO2、葡萄糖或其它底物还原合成为各种化学品的过程,其系统包括阳极(对电极)、参比电极和阴极(工作电极)。阴极电子在细胞内被转化为还原当量,为胞内CO2的固定、富马酸还原转化丁二酸等提供还原力。随着温室气体排放问题日益严峻,微生物电合成技术作为一种绿色可持续的生物固碳技术,成为当今研究热点。

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亮点

  • 微生物电合成中增加钛阴极,简单改性促进了氢气的生成;

  • 顶空气体再循环改善了H2CO2的气液传质;

  • 卵形孢子虫减排二氧化碳,速率高达0.68–0.7 g醋酸盐/L/d

  • 长期稳定性高达11 g/L醋酸盐,效率达到80%

  在使用醋酸的微生物电合成(MES)过程中,通过CO2的还原,可以以高还原能力快速生产醋酸盐和其他增值产品,其中H2是关键的电子介质。使用金属阴极析氢可以提高H2的可用性,以支持CO2的高效微生物还原。由于H2的溶解度较低,H2的可用性仅限于细菌。

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  在本文中,研究了在MES中同时使用双阴极(一个是常规碳阴极,另一个是允许更高析氢的钛网)时,卵形孢子虫的CO2还原性能。在两组MES中研究了双阴极结构,一组带有普通的卵形链球菌接种石墨棒,另一组带有合成生物膜印迹碳布。此外,MES中的顶空气体被再循环,以增加悬浮液中细菌的H2可用性。与单阴极相比,在-0.9 V vs Ag/AgCl条件下,双阴极结构的CO2还原率较高。且在-0.9 V vs Ag/AgCl,高滴度醋酸盐(高达11 g/L)观察到最大瞬时速率为0.68–0.7 g/L/d,这高于文献中报道的使用MES和表面修饰阴极的卵形链球菌的产率。高H2利用率支持了从二氧化碳中高效生产醋酸盐,同时减少了电力输入。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132188

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文章中所用到的电化学分析仪为荷兰PalmSens、型号:MultiEmStat多通道。

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