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阴极电势对微生物电合成系统还原CO2合成有机物性能的影响 被引量:1
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作者 柳焜 王黎 +2 位作者 胡宁 陈小进 廖梦根 《化工环保》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期169-174,共6页
采用微生物电合成系统(MES)还原CO2合成有机物,从微生物菌群、有机物积累量、库伦效率、电化学分析等多个角度研究了阴极电势对MES还原CO2合成有机物性能的影响。实验结果表明:阴极电势为-0.70 V时,甲酸和乙酸的积累量均最大(分别为1.55... 采用微生物电合成系统(MES)还原CO2合成有机物,从微生物菌群、有机物积累量、库伦效率、电化学分析等多个角度研究了阴极电势对MES还原CO2合成有机物性能的影响。实验结果表明:阴极电势为-0.70 V时,甲酸和乙酸的积累量均最大(分别为1.554 mmol/L和2.754 mmol/L),系统的总库伦效率最大(为81.42%);在MES中,醋杆菌(Acetobacterium sp.)、假丝酵母菌(Candida sp.S)、地杆菌(Geobacter sp.)为优势菌种。 展开更多
关键词 微生物合成系统 阴极 CO2 合成 有机物 库伦效率
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还原氧化石墨烯/泡沫铜电极用于微生物电合成系统中二氧化碳合成有机物 被引量:1
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作者 廖梦根 王黎 +2 位作者 柳焜 胡宁 余杨 《化工环保》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期463-468,共6页
采用氧化石墨烯涂覆泡沫铜并还原改性,合成了还原氧化石墨烯/泡沫铜电极,用于微生物电合成系统(MES)中CO_(2)合成有机物,考察了其电化学性能和有机物合成性能。实验结果表明:将改性的泡沫铜阴极用于MES还原CO_(2),在施加的-0.8 V阴极电... 采用氧化石墨烯涂覆泡沫铜并还原改性,合成了还原氧化石墨烯/泡沫铜电极,用于微生物电合成系统(MES)中CO_(2)合成有机物,考察了其电化学性能和有机物合成性能。实验结果表明:将改性的泡沫铜阴极用于MES还原CO_(2),在施加的-0.8 V阴极电势下,产生的乙酸和丁酸的最终质量浓度分别达到265.0 mg/L和122.5 mg/L,与改性前相比分别增加了8%和35%;该系统阴极表面上的主要优势细菌属于瘤球菌科(Ruminococcaceae)和梭菌科(Clostridiaceae),丰度分别增加了0.98倍和0.31倍。 展开更多
关键词 微生物合成系统 泡沫铜 还原氧化石墨烯 CO2 有机物
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微生物电合成系统固定CO_(2)研究进展 被引量:1
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作者 李思琦 段亮 +1 位作者 张海亚 张洪伟 《市政技术》 2022年第5期196-202,共7页
近年来,随着电化学及微生物技术的进步,由电能驱动的微生物电合成系统成为固定CO_(2)的新手段,在化工生产、能源转化和碳减排方面受到广泛关注。在概述微生物电合成系统基本原理的基础上,综述了系统阴极材料、操作条件以及还原产物3个... 近年来,随着电化学及微生物技术的进步,由电能驱动的微生物电合成系统成为固定CO_(2)的新手段,在化工生产、能源转化和碳减排方面受到广泛关注。在概述微生物电合成系统基本原理的基础上,综述了系统阴极材料、操作条件以及还原产物3个方面的研究进展,同时还强调了微生物电合成技术在固碳机理、产能提升等方面的研究瓶颈。考虑到该系统的固碳潜力,未来应专注于对其固碳机理的研究,并通过开发高效固碳微生物、优化操作条件以及制备新型低成本阴极材料来提高其产量,以实现化学品的可持续生产和该技术在实际工程中的应用。 展开更多
关键词 气候变化 微生物合成系统 CO_(2)固定 碳减排
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微生物电合成甲烷技术的研究进展 被引量:1
4
作者 孟宏宇 赵帅杰 吴云 《化工时刊》 CAS 2022年第12期20-26,共7页
微生物电合成技术近年来已经成为环境、能源等领域的一项研究热点。作者系统总结和阐述了微生物电合成甲烷的研究结果,主要包括:微生物电合成系统的基本原理,对不同电极的改性研究和材料选择,不同运行条件对微生物电合成系统的影响和微... 微生物电合成技术近年来已经成为环境、能源等领域的一项研究热点。作者系统总结和阐述了微生物电合成甲烷的研究结果,主要包括:微生物电合成系统的基本原理,对不同电极的改性研究和材料选择,不同运行条件对微生物电合成系统的影响和微生物电合成技术与厌氧发酵技术的耦合研究。 展开更多
关键词 微生物合成系统 甲烷 厌氧发酵系统 二氧化碳
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固碳产甲烷微生物阴极能质传输特性数值模拟
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作者 宋珣 付乾 +3 位作者 李俊 张亮 廖强 朱恂 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期2273-2282,共10页
固碳产甲烷微生物电合成系统以附着其电极表面的生物膜为催化剂,可以在处理废水的同时将CO2转化为甲烷,极具应用前景。微生物阴极是该系统的核心部件之一,其表面生物膜内的能质传输特性极大地影响系统性能。针对微生物阴极能质传输特性... 固碳产甲烷微生物电合成系统以附着其电极表面的生物膜为催化剂,可以在处理废水的同时将CO2转化为甲烷,极具应用前景。微生物阴极是该系统的核心部件之一,其表面生物膜内的能质传输特性极大地影响系统性能。针对微生物阴极能质传输特性尚不明确的问题,推导了微生物阴极电极反应动力学方程(Nernst-Monod方程),构建了耦合生化/电化学反应的物质传输理论模型,研究了不同阴极电势、生物膜电导率以及孔隙率对阴极生物膜内电荷及物质传输的影响规律。研究结果表明当阴极电势高于-0.5 V (vs SHE)时,随阴极电势的降低生物膜内电流密度增大,底物浓度降低;但当阴极电势降低至-0.5 V(vs SHE)后,生物膜消耗电子还原底物的能力几乎达到饱和;低电导率(<10-3S/m)会导致生物膜内形成明显的电势差,使得底物利用速率降低,严重影响微生物阴极的性能;生物膜孔隙率控制在0.4时,微生物阴极可达到最佳电流密度。 展开更多
关键词 微生物合成系统 二氧化碳还原 生物 传质 动力学模型
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微生物电合成系统还原二氧化碳产甲烷的电势依赖性 被引量:3
6
作者 鲍白翎 杨厚云 +1 位作者 苏馈足 穆杨 《应用与环境生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期968-973,共6页
二氧化碳(CO_2)资源化利用是近年来的一个研究热点,利用生物电化学系统还原CO_2生产能源物质是一种新兴技术.在微生物电合成系统(MES)中利用混合微生物富集阴极功能微生物,评估阴极电势对其还原CO_2产甲烷的影响.当阴极电势从-0.70 V降... 二氧化碳(CO_2)资源化利用是近年来的一个研究热点,利用生物电化学系统还原CO_2生产能源物质是一种新兴技术.在微生物电合成系统(MES)中利用混合微生物富集阴极功能微生物,评估阴极电势对其还原CO_2产甲烷的影响.当阴极电势从-0.70 V降低到-0.90 V vs Ag/Ag Cl时,MES产甲烷的量和速率都在增加,最大的产甲烷量和速率分别达到了0.265 mol/m^2和0.025 mmol/h.与此同时,MES的电流密度从0.002 A/m^2增加到0.18 A/m^2,阴极产甲烷的库伦效率在49%和90%之间.当阴极电势更负时,MES阴极几乎不产甲烷.扫描电镜分析(SEM)表明,有多种不同形态的微生物吸附在阴极碳毡上,它们的形态主要呈杆状和球状.16S r DNA测序分析表明Methanobacterium是MES阴极生物膜上优势的产甲烷菌.本研究表明,微生物电合成系统还原CO_2产甲烷的阴极电势必须控制在适当的范围内,才能高效地还原CO_2产甲烷. 展开更多
关键词 微生物合成系统(MES) 二氧化碳 甲烷 阴极 Methanobacterium
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羧基改性阴极对微生物电合成系统产乙酸性能的影响机制 被引量:5
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作者 祁家欣 曾翠平 +3 位作者 骆海萍 刘广立 张仁铎 卢耀斌 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期2302-2309,共8页
微生物电合成系统(microbial electrosynthesis systems,MESs)可利用微生物将二氧化碳转化为有价化合物,有望实现温室气体的资源化利用,然而,其合成效率仍需进一步提高.本研究通过电化学还原重氮盐反应将特定的官能团—COOH接枝到碳布... 微生物电合成系统(microbial electrosynthesis systems,MESs)可利用微生物将二氧化碳转化为有价化合物,有望实现温室气体的资源化利用,然而,其合成效率仍需进一步提高.本研究通过电化学还原重氮盐反应将特定的官能团—COOH接枝到碳布电极表面,探究改性阴极对于MESs性能的影响.结果发现,经—COOH改性的阴极材料亲水性显著提高,而循环伏安扫描电流变弱. MESs在启动阶段性能差异最大,运行48 h,改性组CA-H、CA-M、CA-L的产氢速率是CK的21. 45、28. 60和22. 75倍;运行120 h,CA-H、CA-M和CA-L的乙酸累积浓度是CK的2. 01、2. 43和1. 44倍. MESs运行324 h后,各阴极的电化学活性无明显差异,生物膜蛋白量无明显差异(~0. 47 mg·cm^(-2)).阴极生物膜的群落结构分析发现,属水平上由Acetobacterium、norank_p_Saccharibacteria和Thioclava占据主导,总相对丰度占到59. 6%到82. 1%;各阴极之间产乙酸功能菌Acetobacterium的相对丰度差别不大(31. 3%~40. 1%),而消耗乙酸的norank_p_Saccharibacteria属在CA-H、CA-M、CA-L和CK的相对丰度分别为:16. 1%、24. 6%、31. 1%和37. 5%.羧基改性阴极对MESs的启动阶段影响较大,可为MESs的快速启动提供新的思路. 展开更多
关键词 微生物合成系统(mess) 阴极 羧基改性 生物 产乙酸
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阴极大小对微生物电合成系统还原二氧化碳产有机物的影响
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作者 张鹏程 王黎 +2 位作者 陈小进 胡宁 李洋洋 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3531-3539,共9页
利用微生物电合成系统(microbial electrosynthesis system,MES)还原CO_2合成有附加值的有机物是环境领域的热门研究方向。使用微生物电合成系统,驯化富集具有电化学活性的阴极功能微生物,通过调整阴极的大小,评价其对CO_2还原的影响。... 利用微生物电合成系统(microbial electrosynthesis system,MES)还原CO_2合成有附加值的有机物是环境领域的热门研究方向。使用微生物电合成系统,驯化富集具有电化学活性的阴极功能微生物,通过调整阴极的大小,评价其对CO_2还原的影响。设定阴极电势-0.8 V (vs Ag/AgCl),保持阳极面积为32 cm^2,调整阴极面积大小。在64 cm^2的阴极面积下,MES可以获得最大的有机物产量和最佳性能,电流密度可达到2.03 A·m^(-2),乙酸、丁酸的最大积累量分别为262.04 mg·L^(-1)和87.63 mg·L^(-1),总库伦效率达到91%。扫描电镜SEM分析表明,阴极碳毡上菌体数量较多,多为杆状菌和球菌。高通量菌群分析表明,Clostridium、Butyribacterium和Geobacter是MES阴极生物膜上的优势菌属,其丰度分别占总菌群的48.13%、7.8%和8.2%。在保证较小阳极面积的同时,适当增大阴极面积,确实可以提高MES还原CO_2合成有机物的产量及提升系统的库伦效率。 展开更多
关键词 微生物合成系统 二氧化碳 阴极大小 乙酸 丁酸
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改性蓝藻生物炭促进微生物电合成系统产乙酸的机制研究
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作者 章湝 姜谦 +4 位作者 吴平 张超 孙慧敏 张衍 刘和 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期125-137,共13页
微生物电合成系统(MES)是一种以微生物作为催化剂,在阴极电驱动下还原CO_(2)产生简单化学品的新型碳捕获利用技术.为探究蓝藻生物炭在MES中的添加强化乙酸合成的潜力,本研究通过不同蓝藻生物炭的投加,检测乙酸合成性能及电子回收率,观... 微生物电合成系统(MES)是一种以微生物作为催化剂,在阴极电驱动下还原CO_(2)产生简单化学品的新型碳捕获利用技术.为探究蓝藻生物炭在MES中的添加强化乙酸合成的潜力,本研究通过不同蓝藻生物炭的投加,检测乙酸合成性能及电子回收率,观察阴极微生物分布及形态特征,分析微生物群落结构特征,探究蓝藻生物炭添加对乙酸合成的影响及机制.结果表明,添加蓝藻生物炭(ABC)和过氧化氢改性蓝藻生物炭(ABC-H2O_(2)),使MES乙酸产量分别增加了33.8%和77.0%,电子回收率均有所上升,且ABC-H2O_(2)组电子回收率高于ABC组.分析蓝藻生物炭电子传递性能和氧化还原活性表明,经过氧化氢改性后的蓝藻生物炭表面含氧官能团数量增加,增强了电子传递能力及氧化活性,有利于微生物通过蓝藻生物炭介导进行间接电子传递.在微生物群落结构方面,蓝藻生物炭的添加降低了产乙酸菌丰度,但提高了微生物群落中电活性微生物和产氢微生物的丰度,使得产乙酸微生物获得更多的电子,实现乙酸合成性能增强.本研究揭示了蓝藻生物炭,特别是改性蓝藻生物炭对MES乙酸合成的强化作用,为强化MES还原CO_(2)产乙酸提供新的思路. 展开更多
关键词 微生物合成系统 蓝藻生物 乙酸合成 微生物群落 产乙酸菌
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微生物电合成-电能驱动的CO_2固定 被引量:7
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作者 朱华伟 张延平 李寅 《中国科学:生命科学》 CSCD 北大核心 2016年第12期1388-1399,共12页
CO_2代表着地球上最广泛的可再生资源,通过生物固碳途径将CO_2转化为有机物,是生产生物燃料和生物基化学品的重要方向,由于能量供给不足和微生物自身生理代谢的限制,生物固碳效率还有待提高.利用电能驱动微生物还原CO_2是实现CO_2高效... CO_2代表着地球上最广泛的可再生资源,通过生物固碳途径将CO_2转化为有机物,是生产生物燃料和生物基化学品的重要方向,由于能量供给不足和微生物自身生理代谢的限制,生物固碳效率还有待提高.利用电能驱动微生物还原CO_2是实现CO_2高效转化的新策略,被称为微生物电合成.本文从电合成微生物种类、胞外电子传递、电极材料等方面综述了微生物电合成的研究进展,并对微生物电合成的未来研究方向进行了展望. 展开更多
关键词 微生物合成 CO2固定 生物化学系统 胞外子传递 极材料
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中国科学家实现化学-生物杂合过程驱动二氧化碳合成生物塑料聚羟基丁酸酯
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《环境科学与管理》 CAS 2023年第8期93-93,共1页
聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种绿色环保的高分子生物材料,目前PHA的生产方式主要以糖类或植物油为原料通过发酵法合成,但原料成本过高等因素限制了PHA大规模商业化生产。聚羟基丁酸酯(PHB)是最为常见的PHA,可以CO_(2)为原料,通过光合自养... 聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种绿色环保的高分子生物材料,目前PHA的生产方式主要以糖类或植物油为原料通过发酵法合成,但原料成本过高等因素限制了PHA大规模商业化生产。聚羟基丁酸酯(PHB)是最为常见的PHA,可以CO_(2)为原料,通过光合自养、微生物电合成、化学-微生物细胞工厂耦合等固碳系统合成,但其生产效率和能量效率一直较低,无法满足工业化生产需要。 展开更多
关键词 聚羟基丁酸酯 生物塑料 能量效率 高分子生物材料 系统合成 过程驱动 微生物合成 大规模商业化
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吸收胞外电子的电活性微生物 被引量:5
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作者 靖宪月 陈姗姗 周顺桂 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期19-27,共9页
可吸收胞外电子的电活性微生物(Electroactive microorganisms,EAMs)可利用胞外固态载体的电子将二氧化碳或其他氧化态物质还原成胞外有机物、还原态无机物或自身生命活动所需的有机物。该类EAMs的出现拓宽了人们对微生物多样性的认识,... 可吸收胞外电子的电活性微生物(Electroactive microorganisms,EAMs)可利用胞外固态载体的电子将二氧化碳或其他氧化态物质还原成胞外有机物、还原态无机物或自身生命活动所需的有机物。该类EAMs的出现拓宽了人们对微生物多样性的认识,在生物质能合成、污染物治理与化学物质检测等方面具有重要的应用价值。本文介绍了代表性的可吸收胞外电子EAMs的物质转化与电能转化率等基本特性,重点阐述该类EAMs基于膜蛋白的直接吸收电子机制,及基于电子穿梭体的间接吸收电子机制,提出了其在微生物电合成系统与微生物传感器中的应用前景,并从EAMs机理研究、生物膜微观机制及工程应用的角度展望其今后的研究方向。 展开更多
关键词 活性微生物 吸收子机制 膜结合蛋白 子穿梭体 合成系统 微生物传感器
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生物电化学系统固定二氧化碳同时产生乙酸和丁酸 被引量:11
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作者 张尧 张闻杰 +3 位作者 蒋永 苏敏 陶勇 李大平 《应用与环境生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期174-178,共5页
生物电化学系统用于微生物电合成,可原位利用污水中的能量将二氧化碳固定,并生产有机物.通过构建生物电化学系统,利用混合菌作电催化剂还原二氧化碳生成乙酸和丁酸.设定阴极电势-0.75 V(vs Ag/AgCl),10 d的反应周期内,乙酸最大积累浓度... 生物电化学系统用于微生物电合成,可原位利用污水中的能量将二氧化碳固定,并生产有机物.通过构建生物电化学系统,利用混合菌作电催化剂还原二氧化碳生成乙酸和丁酸.设定阴极电势-0.75 V(vs Ag/AgCl),10 d的反应周期内,乙酸最大积累浓度为251.89 mg/L;丁酸从第3天开始生成,最大积累浓度为89.42 mg/L.系统总电子回收率可达85.04%.电化学分析表明生物阴极具有良好的催化活性.PCR-DGGE分析生物阴极主要菌群为醋酸杆菌属(Acetobacterium)和拟杆菌属(Bacteroides).本研究证明了生物阴极具有以二氧化碳为原始底物合成乙酸,并进一步延伸碳链合成中链脂肪酸的能力,对进一步开发微生物电合成技术具有重要参考价值. 展开更多
关键词 生物化学系统 微生物合成 二氧化碳 乙酸 丁酸
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电活性生物膜:形成、表征及应用 被引量:7
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作者 唐家桓 刘毅 +1 位作者 周顺桂 袁勇 《应用与环境生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1096-1103,共8页
电活性生物膜(Electrochemically active biofi lms,EABs)是一类能够直接与胞外固态载体(铁氧化物、腐殖质及电极等)进行电子交换的生物膜.EABs的电子传递特性,赋予了它在环境、能源和化工等领域的广泛应用前景,已成为当前国际研究热点... 电活性生物膜(Electrochemically active biofi lms,EABs)是一类能够直接与胞外固态载体(铁氧化物、腐殖质及电极等)进行电子交换的生物膜.EABs的电子传递特性,赋予了它在环境、能源和化工等领域的广泛应用前景,已成为当前国际研究热点.本文以革兰氏染色法为依据,分别介绍了腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)和丁酸梭菌(Clostridium butyricum EG3)为代表的阴性和阳性电活性微生物;在普通生物膜的形成基础上,讨论了EABs的两种主要培养方法;分别从EABs输出电子与接受电子的角度,详细论述了电活性微生物与胞外载体的电子传递机制;重点阐述了利用电化学、光谱学、电子显微镜、分子生态学等多技术手段表征单个电活性微生物和整个EABs的形态、结构,以及所揭示的胞外电子传递机制和相关影响因子;对EABs在电能输出、污染物治理、有价品合成等方面应用作了详细介绍.最后,建议对EABs的研究建立一个统一、标准的表征方法,同时应重点研究EABs接受电子的传递机制.对这些机理的深入了解,可使得EABs在污染物治理以及有机物的电合成等方面应用早日实现规模化、产业化生产. 展开更多
关键词 活性生物 活性微生物 胞外子传递 生物化学系统 微生物合成
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