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Long-term open circuit microbial electrosynthesis system promotes methanogenesis
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作者 Raúl Mateos Adrián Escapa +3 位作者 María Isabel San-Martín Heleen De Wever Ana Sotres Deepak Pant 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第2期3-6,共4页
Microbial electrosynthesis(MES) can potentially provide a mean for storing renewable energy surpluses as chemical energy. However, the fluctuating nature of these energy sources may represent a threat to MES, as the m... Microbial electrosynthesis(MES) can potentially provide a mean for storing renewable energy surpluses as chemical energy. However, the fluctuating nature of these energy sources may represent a threat to MES, as the microbial communities that develop on the biocathode rely on the continuous existence of a polarized electrode. This work assesses how MES performance, product generation and microbial community evolution are affected by a long-period(6 weeks) power off(open circuit). Acetogenic and H2-producing bacteria activity recovered after reconnection. However, few days later syntrophic acetate oxidation bacteria and H2-consuming methanogens became dominant, producing CH4 as the main product, via electromethanogenesis and the syntrophic interaction between eubacterial and archaeal communities which consume both the acetic acid and the hydrogen present in the cathode environment. Thus,the system proved to be resilient to a long-term power interruption in terms of electroactivity. At the same time, these results demonstrated that the system could be extensively affected in both end product generation and microbial communities. 展开更多
关键词 BIOCATHODE Electromethanogenesis microbial electrosynthesis microbial community dynamics METHANOGENS ACETOGENS
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微生物电合成聚羟基脂肪酸酯的基本原理及研究进展
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作者 郑滢颍 王晓娟 +1 位作者 张羽黇 马晓军 《包装工程》 CAS 北大核心 2024年第13期60-68,共9页
目的综述微生物电合成(Microbial Electrosynthesis,MES)生产聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHAs)的基本原理、影响因素及其在包装工业领域应用面临的挑战,以期优化其生产工艺、实现PHAs的高效和低成本合成、拓宽绿色包装材料... 目的综述微生物电合成(Microbial Electrosynthesis,MES)生产聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHAs)的基本原理、影响因素及其在包装工业领域应用面临的挑战,以期优化其生产工艺、实现PHAs的高效和低成本合成、拓宽绿色包装材料合成技术。方法基于近几年国内外的最新研究进展,总结现有合成PHAs方法存在的不足,介绍MES合成方式及原理,阐述MES系统合成PHAs影响因素,探讨MES系统在合成PHAs等绿色包装材料所面临的挑战。结论MES系统在合成PHAs领域具有巨大的研究潜力,未来的重点研究方向是开发高效电活性微生物、优化电合成条件以及MES系统结构来提高PHAs产量,并拓宽MES系统在合成可降解包装材料领域的应用。 展开更多
关键词 聚羟基脂肪酸酯 微生物电合成 生物降解包装材料 影响因素
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环境微生物对水体中微囊藻毒素降解机制的研究进展 被引量:1
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作者 张赫 徐文昌 +2 位作者 袁燕 徐静怡 马燕天 《渔业研究》 2024年第3期215-227,共13页
近年来,全球气候变暖和水体富营养化加剧导致蓝藻水华污染严重,而大部分蓝藻水华暴发后产生的微囊藻毒素(Microcystins,MCs)极具危害性,对人类健康和水生生态系统构成威胁。有效控制和去除水体中的MCs已成为当前亟需解决的一项难题。现... 近年来,全球气候变暖和水体富营养化加剧导致蓝藻水华污染严重,而大部分蓝藻水华暴发后产生的微囊藻毒素(Microcystins,MCs)极具危害性,对人类健康和水生生态系统构成威胁。有效控制和去除水体中的MCs已成为当前亟需解决的一项难题。现有研究表明,微生物降解MCs具有高效和环保的治理效益。因此,本文综述了MCs的产生、结构和毒性危害,并着重介绍了国内外学者在微生物降解MCs的酶促降解途径、降解基因和降解酶领域的研究进展;此外,还分析了微生物降解菌在水体生态修复中的潜在应用,并展望了对MCs的非mlr降解途径机制、优化表达MCs降解酶、构建高效双功能降解菌等未来研究方向,旨在为深入研究MCs微生物降解机制并有效改善全球水体中MCs污染现状提供新思路。 展开更多
关键词 蓝藻水华 微囊藻毒素 微生物降解 生态修复 降解机制
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New microbial electrosynthesis system for methane production from carbon dioxide coupled with oxidation of sulfide to sulfate
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作者 Hiromi Kambara Ha T.T.Dinh +4 位作者 Shuji Matsushita Yoshiteru Aoi Tomonori Kindaichi Noriatsu Ozaki Akiyoshi Ohashi 《Journal of Environmental Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期786-797,共12页
Microbial electrosynthesis system (MES) is a promising method that can use carbon dioxide,which is a greenhouse gas,to produce methane which acts as an energy source,without using organic substances.However,this bioel... Microbial electrosynthesis system (MES) is a promising method that can use carbon dioxide,which is a greenhouse gas,to produce methane which acts as an energy source,without using organic substances.However,this bioelectrical reduction reaction can proceed at a certain high applied voltage when coupled with water oxidation in the anode coated with metallic catalyst.When coupled with the oxidation of HS–to SO_(4)^(2-),methane production is thermodynamically more feasible,thus implying its production at a considerably lower applied voltage.In this study,we demonstrated the possibility of electrotrophic methane production coupled with HS–oxidation in a cost-effective bioanode chamber in the MES without organic substrates at a low applied voltage of 0.2 V.In addition,microbial community analyses of biomass enriched in the bioanode and biocathode were used to reveal the most probable pathway for methane production from HS–oxidation.In the bioanode,electroautotrophic SO_(4)^(2-)production accompanied with electron donation to the electrode is performed mainly by the following two steps:first,incomplete sulfide oxidation to sulfur cycle intermediates (SCI) is performed;then the produced SCI are disproportionated to HS^(–)and SO_(4)^(2-).In the biocathode,methane is produced mainly via H_(2)and acetate by electronaccepting syntrophic bacteria,homoacetogens,and acetoclastic archaea.Here,a new ecofriendly MES with biological H_(2)S removal is established. 展开更多
关键词 microbial electrosynthesis system Low applied voltage Organic substrates Methane production Sulfur oxidation
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Abiotic-Biological Hybrid Systems for CO2 Conversion to Value-Added Chemicals and Fuels 被引量:5
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作者 Jiansheng Li Yao Tian +5 位作者 Yinuo Zhou Yongchao Zong Nan Yang Mai Zhang Zhiqi Guo Hao Song 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2020年第4期237-247,共11页
Abiotic-biological hybrid systems that combine the advantages of abiotic catalysis and biotransformation for the conversion of carbon dioxide(CO2)to value-added chemicals and fuels have emerged as an appealing way to ... Abiotic-biological hybrid systems that combine the advantages of abiotic catalysis and biotransformation for the conversion of carbon dioxide(CO2)to value-added chemicals and fuels have emerged as an appealing way to address the global energy and environmental crisis caused by increased CO2 emission.We illustrate the recent progress in this field.Here,we first review the natural CO2 fixation pathways for an in-depth understanding of the biological CO2 transformation strategy and why a sustainable feed of reducing power is important.Second,we review the recent progress in the construction of abiotic-biological hybrid systems for CO2 transformation from two aspects:(i)microbial electrosynthesis systems that utilize electricity to support whole-cell biological CO2 conversion to products of interest and(ii)photosynthetic semiconductor biohybrid systems that integrate semiconductor nanomaterials with CO2-fixing microorganisms to harness solar energy for biological CO2 transformation.Lastly,we discuss potential approaches for further improvement of abiotic-biological hybrid systems. 展开更多
关键词 CO2 conversion Abiotic-biological hybrid systems microbial electrosynthesis systems Photosynthetic semiconductor biohybrid systems
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Biological methane production coupled with sulfur oxidation in a microbial electrosynthesis system without organic substrates
6
作者 Ha T.T.Dinh Hiromi Kambara +4 位作者 Shuji Matsushita Yoshiteru Aoi Tomonori Kindaichi Noriatsu Ozaki Akiyoshi Ohashi 《Journal of Environmental Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第6期68-78,共11页
Methane is produced in a microbial electrosynthesis system(MES) without organic substrates. However, a relatively high applied voltage is required for the bioelectrical reactions.In this study, we demonstrated that el... Methane is produced in a microbial electrosynthesis system(MES) without organic substrates. However, a relatively high applied voltage is required for the bioelectrical reactions.In this study, we demonstrated that electrotrophic methane production at the biocathode was achieved even at a very low voltage of 0.1 V in an MES, in which abiotic HS-oxidized to SO_(4)^(2-) at the anodic carbon-cloth surface coated with platinum powder. In addition, microbial community analysis revealed the most probable pathway for methane production from electrons. First, electrotrophic H_(2) was produced by syntrophic bacteria, such as Syntrophorhabdus, Syntrophobacter, Syntrophus, Leptolinea, and Aminicenantales, with the direct acceptance of electrons at the biocathode. Subsequently, most of the produced H_(2) was converted to acetate by homoacetogens, such as Clostridium and Spirochaeta 2. In conclusion,the majority of the methane was indirectly produced by a large population of acetoclastic methanogens, namely Methanosaeta, via acetate. Further, hydrogenotrophic methanogens,including Methanobacterium and Methanolinea, produced methane via H_(2). 展开更多
关键词 BIOELECTRICITY Homoacetogens Methane production microbial electrosynthesis system Sulfur oxidation
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微生物燃料电池的研究应用进展 被引量:33
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作者 王维大 李浩然 +3 位作者 冯雅丽 唐新华 杜竹玮 杜云龙 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1067-1076,共10页
微生物燃料电池是利用微生物作为催化剂,氧化分解生物质同时输出电能的一种新装置,因其可将生物质中化学能直接转化为电能,可获得更高的能量转化效率,是未来缓解能源和环境问题的有效途径,引起了科研工作者的广泛关注。本文结合近几年... 微生物燃料电池是利用微生物作为催化剂,氧化分解生物质同时输出电能的一种新装置,因其可将生物质中化学能直接转化为电能,可获得更高的能量转化效率,是未来缓解能源和环境问题的有效途径,引起了科研工作者的广泛关注。本文结合近几年微生物燃料电池的发展,综述了产电微生物种类、电池材料及其改性、反应器的放大以及微生物燃料电池应用方面的研究进展,分析了该领域未来发展的主要方向及面临的问题,指出筛选和诱导产电菌对不同有机底物的耐受性,开发高效价廉的电极材料以及构建易于放大的电池模式,是微生物燃料电池未来研究的重点。在此基础上,应该着重于反应器放大,深入研究其在废水处理、产氢、微生物电化学合成以及传感器方面的应用,确定其实际应用的相关参数和模型,为微生物燃料电池早日实际应用打下坚实基础。 展开更多
关键词 微生物燃料电池 电极材料 放大 废水处理 产氢 微生物电化学合成 生物传感器
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微生物电合成捕获CO_(2)及高效催化转化研究进展
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作者 王黎 张爱心 +3 位作者 张嘉方 胡宁 白俞何 陆帅 《精细化工》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1537-1545,共9页
微生物电合成(MES)为CO_(2)还原为乙酸盐和其他多碳物提供了一条可持续的生化转化途径,利用电能驱动微生物固定CO_(2)具有原料易得、操作条件温和、不含有毒物质、环境可持续性等特点,为全球碳中和、碳减排带来了新机遇。系统结构、电... 微生物电合成(MES)为CO_(2)还原为乙酸盐和其他多碳物提供了一条可持续的生化转化途径,利用电能驱动微生物固定CO_(2)具有原料易得、操作条件温和、不含有毒物质、环境可持续性等特点,为全球碳中和、碳减排带来了新机遇。系统结构、电极材料及运行参数决定了MES的可行性和CO_(2)捕获效率,其中阴极是MES系统的核心,是CO_(2)循环利用和生化生产的中心平台。首先,介绍了基于MES系统的CO_(2)捕获过程;接着,从二维材料和三维多孔材料总结了MES电极的类型、结构及研究进展;然后,综述了MES捕获CO_(2)生物制品,重点总结了提高MES捕获CO_(2)产物产量、产物及碳链延长的方法;最后,提出了MES捕获CO_(2)存在的问题,对其未来研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 微生物电合成 碳减排 胞外电子转移 代谢原理 电极材料
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微生物电解池应用研究进展 被引量:9
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作者 王博 高冠道 +4 位作者 李凤祥 周启星 宋晓静 翟欢欢 李亚宁 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期1084-1092,共9页
微生物电解池(microbial electrolysis cells,MECs)的研究方向主要集中于制氢,随着研究的深入,MECs发展出集产能与治污于一体以及多种应用形式,为解决当前国际面临的能源问题和水资源保护提供了一种新的解决方案,受到各国科学家的广泛... 微生物电解池(microbial electrolysis cells,MECs)的研究方向主要集中于制氢,随着研究的深入,MECs发展出集产能与治污于一体以及多种应用形式,为解决当前国际面临的能源问题和水资源保护提供了一种新的解决方案,受到各国科学家的广泛关注。本文整理了MECs的原理、性能影响因素,重点介绍了MECs在水处理、微生物电合成产品和与技术集成三方面的国内外应用研究。分析显示:随着新材料和新方法引入本领域,MECs发展出现了许多新应用及与其相适应的反应系统构型,但仍需要在MECs应用潜力拓展、MECs产品低浓度条件下富集、功能菌对应目标污染物驯化、反应系统运行机制等方面作深入研究,以提高MECs的整体性能,推进MECs在水处理和生产化学品方面的实际应用。 展开更多
关键词 微生物电解池 脱盐 废水处理 微生物电合成 集成应用
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甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应 被引量:3
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作者 戚玉娇 BRIDIER Arnaud +3 位作者 DESMOND LE QUEMENERElie 吕凡 何品晶 BOUCHEZ Théodore 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期2033-2040,共8页
研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO_2还原的主导产物,最... 研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO_2还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L^(-1)·d^(-1),8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S r RNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L^(-1)·d^(-1),系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae(15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。 展开更多
关键词 微生物电化学合成系统 二氧化碳还原 乙酸合成 2-溴乙烷磺酸钠(BES) 甲烷化抑制剂 控制 选择性 生物过程
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生物基化学品的微生物电合成研究进展 被引量:3
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作者 周瑾洁 王旭东 +1 位作者 孙亚琴 修志龙 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期3005-3015,共11页
微生物电合成是结合微生物学与电化学的新兴研究方向。电化学活性菌株以直接或间接的方式吸收人工提供的外源电子,打破胞内代谢原有的氧化还原平衡,定向催化底物合成还原性目的产物。近年来,基于生物基化学品的微生物电合成取得广泛关... 微生物电合成是结合微生物学与电化学的新兴研究方向。电化学活性菌株以直接或间接的方式吸收人工提供的外源电子,打破胞内代谢原有的氧化还原平衡,定向催化底物合成还原性目的产物。近年来,基于生物基化学品的微生物电合成取得广泛关注。本文综述了生物基化学品微生物电合成的基本原理及最新研究进展,并讨论了电化学活性菌株的种类、电子传递机制以及典型的菌株培养方式,同时结合菌株代谢途径,讨论了微生物电合成促进乙酸、1,3-丙二醇、丁醇、琥珀酸等生物基化学品的作用机理及研究现状。最后指出了电子传递机制、电子传递效率及成本是限制该技术发展的关键问题及未来的发展趋势,旨在推动该技术应用于生物基化学品的发酵工业中。 展开更多
关键词 微生物电合成 发酵 生物基化学品 电子传递机制 电化学活性菌株
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半导体-微生物界面电子传递及其在环境领域的应用 被引量:1
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作者 李祎頔 田晓春 +2 位作者 李俊鹏 陈立香 赵峰 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期27-37,共11页
半导体-微生物复合体系在污染物深度降解、合成有价化学品及元素生物地球化学循环等领域发挥着重要作用,其界面反应过程的核心是电子转移.本文重点阐述了微生物/半导体界面上微生物的种类和功能、半导体的种类及光催化机制,总结了半导体... 半导体-微生物复合体系在污染物深度降解、合成有价化学品及元素生物地球化学循环等领域发挥着重要作用,其界面反应过程的核心是电子转移.本文重点阐述了微生物/半导体界面上微生物的种类和功能、半导体的种类及光催化机制,总结了半导体-微生物界面的直接和间接电子传递途径,讨论了强化界面电子传递的方法以及半导体与微生物系统的稳定性,介绍了近年来半导体-微生物复合体系在污染物转化、化学品合成以及资源循环利用方面的应用现状,以期为半导体-微生物复合体系的设计及其环境领域应用提供指导. 展开更多
关键词 半导体 微生物 胞外电子传递 微生物电化学 微生物电合成
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CO_(2)的电驱动还原 被引量:2
13
作者 刘丹 马哲 +2 位作者 刘梦晓 曹英秀 宋浩 《化学工业与工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1-12,共12页
CO_(2)的过量排放已威胁到了环境与能源的可持续发展,通过化学或生物手段将其转化为化工原料或生物燃料能够有效缓解由CO_(2)过量排放造成的能源与环境压力。然而CO_(2)的还原过程是非自发且缓慢的,依赖于外部提供的能量和催化剂。如何... CO_(2)的过量排放已威胁到了环境与能源的可持续发展,通过化学或生物手段将其转化为化工原料或生物燃料能够有效缓解由CO_(2)过量排放造成的能源与环境压力。然而CO_(2)的还原过程是非自发且缓慢的,依赖于外部提供的能量和催化剂。如何实现长效的能量供给并针对性开发高性能的催化剂是CO_(2)回收转化技术的重点。利用稳定、清洁的电能作为驱动力,在催化剂的协同下将CO_(2)增值为化学品并实现碳中性循环。这种策略被称为CO_(2)的电驱动还原,在CO_(2)转化方面优势显著。从CO_(2)无机电催化和CO_(2)微生物电合成2个方面综述了近年来CO_(2)电驱动还原的研究进展。首先,对比和讨论了CO_(2)的无机电催化中不同类型的电催化剂的特性,以及优化和改性的手段。其次,总结阐明了微生物电合成中电极与微生物催化剂之间直接和间接的电子传递方式,并重点讨论了不同电子载体(H_(2)、甲酸、天然和人工的氧化还原电子载体)介导的间接电子传递的相关工作。最后总结展望了CO_(2)电驱动还原系统的发展。 展开更多
关键词 CO_(2)还原 电驱动 无机电催化 微生物电合成
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生物工程强化微生物电合成转化CO2的研究进展 被引量:3
14
作者 邹龙 金熠樵 +2 位作者 吴贤 黄运红 龙中儿 《微生物学杂志》 CAS CSCD 2019年第3期95-104,共10页
微生物电合成(Microbial electrosynthesis,MES)可直接利用电能驱动微生物还原固定CO2合成多碳化合物,为可再生新能源转化、精细化学品制备和生态环境保护提供新机遇。但是,微生物吸收胞外电极电子速率慢、产物合成效率低和产品品位不高... 微生物电合成(Microbial electrosynthesis,MES)可直接利用电能驱动微生物还原固定CO2合成多碳化合物,为可再生新能源转化、精细化学品制备和生态环境保护提供新机遇。但是,微生物吸收胞外电极电子速率慢、产物合成效率低和产品品位不高,限制了MES实现工业化应用。在概述阴极电活性微生物吸收胞外电子的分子机制的基础上,重点综述近5年应用生物工程的理论和技术强化MES用于CO2转化的策略与研究进展,包括改造和调控胞外电子传递通路和胞内代谢途径以及定向构建有限微生物混合培养菌群三方面,阐明了生物工程可有效突破MES中电子传递慢和可用代谢途径相对单一等瓶颈。针对目前生物工程在改进MES所面临的主要问题,从胞外电子传递机理研究、基因工具箱开发、组学技术与现代分析技术联用等角度展望了今后的研究方向。 展开更多
关键词 微生物电合成 生物工程 电活性微生物 胞外电子传递 代谢 生物能源 二氧化碳固定
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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
15
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 微生物电合成系统 阴极电势 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
16
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 微生物电合成系统 泡沫铜 还原氧化石墨烯 CO2 有机物
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罗尔斯通氏菌电合成还原CO_(2)产聚羟基丁酸 被引量:1
17
作者 丛畅 张康 +1 位作者 宋天顺 谢婧婧 《南京工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第6期699-706,共8页
减少大气中CO_(2)含量,缓解温室效应,并实现CO_(2)的高效利用已成为世界共同关注的问题。本文以罗尔斯通氏菌(Ralstonia eutropha)为生物催化剂,构建微生物电合成系统(MES),通过外加一定的电压,将CO_(2)直接转变为高附加值的聚羟基丁酸(... 减少大气中CO_(2)含量,缓解温室效应,并实现CO_(2)的高效利用已成为世界共同关注的问题。本文以罗尔斯通氏菌(Ralstonia eutropha)为生物催化剂,构建微生物电合成系统(MES),通过外加一定的电压,将CO_(2)直接转变为高附加值的聚羟基丁酸(PHB),并进一步研究氮源和电解质浓度对MES性能的影响。结果表明:在电压4.0 V的条件下细菌生长速率最快,而4.5 V电压下由于H_(2)大量积累,从而抑制微生物的生长。当氮源质量浓度为0.2 g/L时,PHB产量最大(菌液中质量浓度为191.2 mg/L),进一步提高氮源浓度,PHB产量反而下降,说明限氮有利于PHB的合成。电解质浓度的提高,会使得体系中电流和阴极电势增大,但是也会提高盐度以及有利于H_(2)的累积,从而影响细菌生长,适宜的电解质浓度为36 mmol/L。 展开更多
关键词 微生物电合成 罗尔斯通氏菌 CO_(2) 聚羟基丁酸 H_(2)浓度
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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 微生物电合成系统 二氧化碳还原 生物膜 传质 动力学模型
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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 微生物电合成系统 CO_(2)固定 碳减排
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微生物电合成生产中链脂肪酸的基本原理及研究进展 被引量:2
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作者 褚娜 蒋永 曾建雄 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期237-247,共11页
微生物电合成(microbial electrosynthesis,MES)是一种新型微生物电化学技术,以电能驱动微生物在温和条件下转化水和CO_(2)生成有机物。中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)是指C6至C12的一元饱和羧酸,是重要的化工原料和农用... 微生物电合成(microbial electrosynthesis,MES)是一种新型微生物电化学技术,以电能驱动微生物在温和条件下转化水和CO_(2)生成有机物。中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)是指C6至C12的一元饱和羧酸,是重要的化工原料和农用产品。微生物生产MCFAs通常包括一次发酵和二次发酵过程:一次发酵即微生物将单体和多聚物氧化为中间产物丙酮酸盐,并最终生成短链脂肪酸和醇以及H_(2)和CO_(2)等小分子物质;二次发酵为微生物对一次发酵的产物再利用,包括碳链延长产生中链脂肪酸。MES生产MCFAs可望获得比传统有机废弃物厌氧发酵途径生产MCFAs更高的能量效率,并有望以获得高附加值产物的方式推进MES技术的实用化。综述了MES催化转化C1废气并耦合二次发酵过程进行碳链延长产生MCFAs的研究现状,分析代谢路径及功能微生物,探讨电极材料以及关键运行参数,为MES生产MCFAs的进一步发展提供重要的科学依据和技术支持。 展开更多
关键词 微生物电合成 碳链延长 中链脂肪酸 C1废气
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