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福建农林大学研究团队:流动电极微生物电合成提高产物生成速率及降低能量消耗 Engineering |
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论文标题:Flow-Electrode Microbial Electrosynthesis for Increasing Production Rates and Lowering Energy Consumption
期刊:Engineering
作者:Na Chu, Donglin Wang, Houfeng Wang, Qinjun Liang, Jiali Chang, Yu Gao, Yong Jiang, Raymond Jianxiong Zeng
发表时间: June 2023
DOI:https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.015
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快速城市化和人口增长对环境产生颇多负面影响,包括温室气体排放。发展碳捕集与封存技术可降低二氧化碳(CO2)排放,但受限于其成本高或CO2自身价值低。因此,为向低碳循环经济过渡,发展与CO2利用相关的热化学、电化学、生物电化学方法,受到极大关注。微生物电合成(microbial electrosynthesis,MES)利用可再生电力驱动微生物固定CO2合成化学品,在推进碳循环经济中具有一定潜力。但是,很少有文章通过高效反应器设计来促进产乙酸并降低能耗。
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福建农林大学蒋永研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年6月刊发表了题目为《流动电极微生物电合成提高产物生成速率及降低能量消耗》的研究性文章,构建了一种基于流动电极的新型MES反应器,以提高产物生成速率,降低能量消耗。文章从产物生成、库仑效率、能量回收、电化学特征等角度,对流动电极MES反应器与无粉末活性炭(powder activated carbon,PAC)对照的性能进行评估。此外,使用宏转录组学技术,解析电极驱动自养微生物的碳能代谢途径。最后,构建堆叠型流动电极MES反应器。
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文章表明,流动电极MES反应器中,总产乙酸速率为(16 ± 1)g·m−2·d−1,能量消耗为(0.020 ± 0.005)kW·h·g−1,能量效率为18.7% ± 1.3%,乙酸库仑效率以及总库仑效率依次为43.5% ± 3.1%和50.8% ± 8.4%。流动电极能够降低水跨膜通量、传质阻力,但对装置电压、流变性、乙酸吸附的影响较小。
文章指出,Acetobacterium和Wolinella是优势微生物,还原性乙酰辅酶A途径(Wood-Ljungdahl pathway,WLP)和还原性三羧酸循环途径(reductivecitric acid cycle, rTCA)是CO2固定途径。流动电极能促进能量代谢相关基因高表达。堆叠型MES反应器的乙酸浓度达到了7.0 g·L−1。总之,文章提供一种构建可扩展MES反应器的新方法,促进CO2利用以及产物生成,未来可围绕流动电极MES反应器的产物增值开展研究。
引用信息:Na Chu, Donglin Wang, Houfeng Wang, Qinjun Liang, Jiali Chang, Yu Gao, Yong Jiang, Raymond Jianxiong Zeng. Flow-Electrode Microbial Electrosynthesis for Increasing Production Rates and Lowering Energy Consumption [J]. Engineering, 2023, 25(6): 157-167.
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原文链接:https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.015
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