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微生物电催化转化反应器(BECR)转化CO_2合成有机化合物 被引量:1
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作者 孙杨 王黎 +1 位作者 李洋洋 胡宁 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1657-1663,共7页
针对大量CO_2所带来的环境问题,构建BECR(Bioelectrochemical catalysis reactor)反应系统,将电化学还原与微生物催化还原相结合,转化CO_2合成有机化合物.从牛粪中分离筛选出产氢菌(Clostridium sp.S1),确定最优产氢条件.将筛选好的菌... 针对大量CO_2所带来的环境问题,构建BECR(Bioelectrochemical catalysis reactor)反应系统,将电化学还原与微生物催化还原相结合,转化CO_2合成有机化合物.从牛粪中分离筛选出产氢菌(Clostridium sp.S1),确定最优产氢条件.将筛选好的菌种接入BECR电催化转化反应器,通入CO_2,外加恒定阴极电势,检测合成的有机化合物.结果表明,反应装置接入电化学工作站进行CV测试时,在-0.7 V时出现还原峰发生还原反应,恒电位仪恒定阴极电势,合成的化合物为甲醇和乙酸.在24 h时甲醇和乙酸的积累量达到最大分别为3.096 mmol·L^(-1)和2.01 mmol·L^(-1).在电化学和微生物的共同作用下,实现了对CO_2的还原过程,并合成了有机化合物. 展开更多
关键词 微生物电催化 微生物合成 CO2 甲醇 乙酸
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纳米零价铁强化微生物电催化-厌氧膜生物组合反应器抗膜污染能力及其调控机制 被引量:2
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作者 潘阳 牛承鑫 +6 位作者 支忠祥 王建辉 陆雪琴 戴金金 甄广印 孙彤彤 康娜英 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期5073-5081,共9页
膜污染是厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)产业化应用面临的最大挑战.本研究构建新型微生物电催化(bio-electrochemical systems,BES)-AnMBR组合反应器,以探究纳米零价铁(nano-zero-valent iron,nZVI)投加对BES-A... 膜污染是厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)产业化应用面临的最大挑战.本研究构建新型微生物电催化(bio-electrochemical systems,BES)-AnMBR组合反应器,以探究纳米零价铁(nano-zero-valent iron,nZVI)投加对BES-AnMBR组合系统膜污染削减和甲烷产生等性能的影响.结果表明,BES-AnMBR组合系统运行稳定,COD去除率一直维持在95%左右.nZVI投加量(以VS计)为0.1 g·g^-1时,运行性能最佳,跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)较对照组降低28.1%,膜通量亦有轻微增加;甲烷产量为81.3 mL·g^-1(以CODremoved计),较对照组提高了12.1%.胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)变化和膜阻过滤分析表明,nZVI可以加强EPS分解,促进膜表面无机和有机富铁结垢层形成,改善膜污染分布特征,从而显著缓解膜污染.本研究将丰富传统AnMBR的基础理论,为污泥处理与资源化利用提供了新视角. 展开更多
关键词 厌氧膜生物反应器(AnMBR) 污泥 微生物电催化系统(BES) 纳米零价铁(nZVI) 膜污染 甲烷产生
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厨余垃圾厌氧消化与微生物电解池耦合产甲烷全生命周期评价 被引量:1
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作者 郭美欣 朱雨森 +3 位作者 郭萌 李鸣晓 亓雪娇 贾璇 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期424-431,共8页
厌氧消化(AD)是厨余垃圾清洁能源化的主流工艺,通过构建AD与微生物电解池(MEC)耦合工艺(AD-MEC),基于全生命周期评价(LCA)对比AD与AD-MEC耦合工艺处理厨余垃圾产甲烷的环境影响,解析各功能单元的环境影响贡献,并提出优化方案。结果表明... 厌氧消化(AD)是厨余垃圾清洁能源化的主流工艺,通过构建AD与微生物电解池(MEC)耦合工艺(AD-MEC),基于全生命周期评价(LCA)对比AD与AD-MEC耦合工艺处理厨余垃圾产甲烷的环境影响,解析各功能单元的环境影响贡献,并提出优化方案。结果表明,与传统AD工艺相比,新型AD-MEC耦合工艺在富营养化、气候变化、水资源消耗、酸化和初级能源消耗的环境影响潜值均低于AD工艺,削减比例分别为70.28%、39.53%、92.29%、49.68%和41.2%。贡献源解析发现,AD-MEC耦合工艺的预处理和污水处理单元为环境影响的主要贡献源,MEC和AD单元影响较小。基于此,对AD-MEC耦合工艺进行优化,将废水处理单元的出水回用至预处理单元,水资源消耗的环境影响潜值进一步削减61.48%。可见,采用AD-MEC耦合工艺进行厨余垃圾厌氧产沼,通过沼液的深度利用、沼气净化提质和废水回用,可有效减少厨余垃圾处理工艺对环境的影响和资源消耗,具有显著的经济效益和生态环境价值。 展开更多
关键词 厨余垃圾 厌氧消化 微生物电催化 甲烷 全生命周期评价 贡献源解析
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生物−电催化转化二氧化碳的高值化利用研究进展
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作者 解佳乐 张天宇 +2 位作者 彭章頔 林日琛 肖睿 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2472-2489,共18页
中国是世界上最大的二氧化碳(CO_(2))排放国和煤炭消费国,且以煤为主的能源结构短期内难以改变。在“碳达峰”和“碳中和”背景下,将CO_(2)捕集、存储或将其利用转化为高价值燃料和化学品,可减少对化石燃料依赖并同时降低CO_(2)排放,为... 中国是世界上最大的二氧化碳(CO_(2))排放国和煤炭消费国,且以煤为主的能源结构短期内难以改变。在“碳达峰”和“碳中和”背景下,将CO_(2)捕集、存储或将其利用转化为高价值燃料和化学品,可减少对化石燃料依赖并同时降低CO_(2)排放,为燃煤电厂和能源化工的绿色转型提供关键技术支撑。电催化和微生物转化是利用CO_(2)生成可再生燃料及化学品的重要途径。电催化还原CO_(2)反应速率快,但产物种类多限于C_(1)和C_(2)的产物。微生物固定CO_(2)产物选择性高、多碳产物种类多,但电子传递和能量供给水平低导致反应周期长。将电催化还原CO_(2)和微生物转化耦合,可充分发挥两者的优势,有望实现高效制备高价值的多碳产物。分别介绍了单一技术路线下电催化还原和微生物固定CO_(2)的反应原理和典型产物,讨论了催化剂和反应器类型对电催化还原CO_(2)的影响,总结了微生物固定CO_(2)的微生物种类和生物代谢路径;综述了原位耦合和异位耦合2种电催化−微生物转化技术的耦合方式,概括了其系统构成、工作原理、电极材料及高值产物类型等。最后,对比了不同耦合方式的技术成熟度,并从电催化还原CO_(2)催化剂和反应器的开发和设计、高效工程菌种的构建、耦合体系的设计与集成和推动研究开发与产业联动4个方向进行展望。 展开更多
关键词 CO_(2)转化 催化 微生物转化 耦合催化微生物转化
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合成生物学方法改造电活性生物膜研究进展 被引量:1
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作者 徐静 由紫暄 +4 位作者 张君奇 陈正 吴德光 李锋 宋浩 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3950-3962,共13页
电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA(extracellular DNA,eDNA)、菌毛等成分聚集,与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现,在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医... 电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA(extracellular DNA,eDNA)、菌毛等成分聚集,与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现,在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医疗等领域中具有至关重要的作用,是微生物电催化系统研究的核心之一。但自然状态下的电活性生物膜因厚度、结构稳定性、生物量等因素的限制,严重制约了电子传递效率。综述了近五年利用合成生物学改造电活性生物膜的研究进展,系统探讨了工程生物膜的构建、结构成分、导电性能以及应用,为将来进一步实现高效电催化奠定基础。 展开更多
关键词 活性微生物 生物 合成生物 生物催化 胞外子传递 微生物电催化
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微生物胞外电子传递效率的合成生物学强化 被引量:10
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作者 李锋 宋浩 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期516-534,共19页
电活性微生物(产电微生物和亲电微生物)通过与外界环境进行双向电子和能量传递来实现多种微生物电催化过程(包括微生物燃料电池、微生物电解电池、微生物电催化等),从而实现在环境、能源领域的广泛应用,并为开发有效且可持续性生产新能... 电活性微生物(产电微生物和亲电微生物)通过与外界环境进行双向电子和能量传递来实现多种微生物电催化过程(包括微生物燃料电池、微生物电解电池、微生物电催化等),从而实现在环境、能源领域的广泛应用,并为开发有效且可持续性生产新能源或大宗精细化学品的工艺提供了新机会。但是,电活性微生物的胞外电子传递效率比较低,这已经成为限制微生物电催化系统在工业应用中的主要瓶颈。以下综述了近年来利用合成生物学改造电活性微生物的相关研究成果,阐明了合成生物学如何用于打破电活性微生物胞外电子传递途径低效率的瓶颈,从而实现电活性微生物与环境的高效电子传递和能量交换,推动电活性微生物电催化系统的实用化进程。 展开更多
关键词 活性微生物 合成生物 微生物电催化 微生物燃料 微生物合成
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厌氧膜生物反应器的现状、挑战和前景 被引量:3
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作者 潘阳 支忠祥 +2 位作者 牛承鑫 陆雪琴 甄广印 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期101-106,共6页
厌氧膜生物反应器(AnMBRs)不仅可以高效去除污染物,改善出水水质,而且可以实现生物能源回收,对保护环境和缓解能源危机具有重大意义。膜污染作为制约AnMBRs应用与推广的限制因素得到了大量关注,各种缓解和控制膜污染的方法和技术不断涌... 厌氧膜生物反应器(AnMBRs)不仅可以高效去除污染物,改善出水水质,而且可以实现生物能源回收,对保护环境和缓解能源危机具有重大意义。膜污染作为制约AnMBRs应用与推广的限制因素得到了大量关注,各种缓解和控制膜污染的方法和技术不断涌现。因此,对AnMBRs的运行机理、多元化应用、膜污染情况进行综述,并分析和评估了微生物电催化系统(BES)-AnMBRs组合工艺的可行性和发展潜力,以期为AnMBRs工程应用和未来发展提供理论和技术参考。 展开更多
关键词 厌氧膜生物反应器 多元化应用 膜污染 微生物电催化系统
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Microbial Electrolysis Cells for Hydrogen Production 被引量:2
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作者 Li-juan Xiang Ling Dai +3 位作者 Ke-xin Guo Zhen-hai Wen Su-qin Ci Jing-hong Li 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE CAS CSCD 2020年第3期263-284,I0002,共23页
Microbial electrolysis cells(MECs)present an attractive route for energy-saving hydrogen(H2)production along with treatment of various wastewaters,which can convert organic matter into H2 with the assistance of microb... Microbial electrolysis cells(MECs)present an attractive route for energy-saving hydrogen(H2)production along with treatment of various wastewaters,which can convert organic matter into H2 with the assistance of microbial electrocatalysis.However,the development of such renewable technologies for H2 production still faces considerable challenges regarding how to enhance the H2 production rate and to lower the energy and the system cost.In this review,we will focus on the recent research progress of MEC for H2 production.First,we present a brief introduction of MEC technology and the operating mechanism for H2 production.Then,the electrode materials including some typical electrocatalysts for hydrogen production are summarized and discussed.We also highlight how various substrates used in MEC affect the associated performance of hydrogen generation.Finally we presents several key scientific challenges and our perspectives on how to enhance the electrochemical performance. 展开更多
关键词 Microbial electrolysis cells H2 production ELECTROCATALYSIS Wastewater treatment Electrode materials
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Electrocatalytic generation of reactive species and implications in microbial inactivation
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作者 Forrest Nichols Kenneth I.Ozoemena Shaowei Chen 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第6期1399-1416,共18页
Controlling microbial proliferation in water systems,including wastewater,recreational water,and drinking water,is essential to societal health.Microbial inactivation through electrochemically generated reactive speci... Controlling microbial proliferation in water systems,including wastewater,recreational water,and drinking water,is essential to societal health.Microbial inactivation through electrochemically generated reactive species(RS)mediated pathways provides an effective route toward this microbial control.Herein we provide an overview of recent progress toward electrocatalytic generation of RS and their application in water disinfection,with a focus on the selective production of RS,the microorganism interactions with RS(including both RS mechanisms of action and innate microorganism responses to RS),and practical implementation of electrochemically generated RS for microbial inactivation.The article is concluded with a perspective where the challenges and opportunities of RS‐based electrochemical disinfection of water are highlighted,along with possible future research directions. 展开更多
关键词 ELECTROCATALYSIS Reactive species MICROORGANISM INACTIVATION Water electrodisinfection
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Ferroelectric solid solution Li1-xTa1-xWxO3 as potential photocatalysts in microbial fuel cells:Effect of the W content
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作者 Abdellah Benzaouak Nour-Eddine Touach +5 位作者 V.M.Ortiz-Martinez M.J.Salar-Garcia F.Hernandez-Fernandez A.P.de los Rios Mohammed El Mahi El Mostapha Lotfi 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期1985-1991,共7页
Microbial fuel cells(MFCs)are bio-electrochemical systems that can directly convert the chemical energy contained in an effluent into bioelectricity by the action of microorganisms.The performance of these devices is ... Microbial fuel cells(MFCs)are bio-electrochemical systems that can directly convert the chemical energy contained in an effluent into bioelectricity by the action of microorganisms.The performance of these devices is heavily impacted by the choice of the material that forms the cathode.This work focuses on the assessment of ferroelectric and photocatalytic materials as a new class of non-precious catalysts for MFC cathode construction.A series of cathodes based on mixed oxide solid solution of LiTaO_3with WO_3formulated as Li_(1-x)Ta_(1-x)W_xO_3(x=0,0.10,0.20 and0.25),were prepared and investigated in MFCs.The catalyst phases were synthesized,identified and characterized by DRX,PSD,MET and UV–Vis absorption spectroscopy.The cathodes were tested as photoelectrocatalysts in the presence and in the absence of visible light in devices fed with industrial wastewater.The results revealed that the catalytic activity of the cathodes strongly depends on the ratio of substitution of W^(6+)in the LiTaO_3matrix.The maximum power densities generated by the MFC working with this series of cathodes increased from60.45 mW·m^(-3)for x=0.00(LiTaO_3)to 107.2 mW·m^(-3)for x=0.10,showing that insertion of W^(6+)in the tantalate matrix can improve the photocatalytic activity of this material.Moreover,MFCs operating under optimal conditions were capable of reducing the load of chemical oxygen demand by 79%(COD_(initial)=1030 mg·L^(-1)). 展开更多
关键词 Ferroelectric materials TANTALATE PHOTOCATHODE Microbial fuel cell BIOENERGY Wastewater treatment
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Spontaneously producing syngas from MFC-MEC coupling system based on biocompatible bifunctional metal-free electrocatalyst 被引量:1
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作者 Wei Wang Rahul Anil Borse +1 位作者 Jiafang Xie Yaobing Wang 《Science China Materials》 SCIE EI CSCD 2021年第3期592-600,共9页
The preparation of high-value fuels and chemicals through the electrochemical carbon dioxide reduction reaction(CDRR)is of great significance to the virtuous cycle of carbon dioxide.However,due to the high overpotenti... The preparation of high-value fuels and chemicals through the electrochemical carbon dioxide reduction reaction(CDRR)is of great significance to the virtuous cycle of carbon dioxide.However,due to the high overpotential involved in this reaction,high power consumption and high-cost noble-metal-based catalysts are required for driving this process.Herein,the electrochemical CDRR was achieved on biocompatible metal-free nitrogen,phosphorus co-doped carbon-based materials(NP-C)in the microbial fuel cell-microbial electrolysis cell(MFC-MEC)coupling system.As the bioelectrochemistry in MFC supplied power to drive the electrocatalysis in MEC,syngas was spontaneously produced from this coupling system without external energy input.With the NP-C materials as the excellent bifunctional electrocatalyst for the CDRR and oxygen reduction reaction(ORR),the current density of the MEC reached−0.52 mA cm^−2,and the Faradaic efficiencies(FEs)of CO and H2 were 60%and 40%,respectively,at a load resistance of 10Ω.Moreover,the CO/H2 product ratio can be changed by adjusting the load resistance,which will widely meet various demand of syngas usage in further reactions.This study provides a spontaneous and tunable production of syngas in biogas digesters via a electrochemical strategy. 展开更多
关键词 spontaneous production SYNGAS MFC-MEC coupling system N/P-co-doped carbon electrocatalyst
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