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

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。