论文标题：In situ Coupling of Reduction and Oxidation Processes with Alternating Current-Driven Bioelectrodes for Efficient Mineralization of Refractory Pollutants

期刊：Engineering

作者：Ye Yuan, Junjie Zhang, Wanxin Yin, Lulu Zhang, Lin Li, Tianming Chen, Cheng Ding, Wenzong Liu, Aijie Wang, Fan Chen

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.05.009

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有效去除废水中的芳香族化合物对于生态环境保护的重要性不言而喻。一直以来，耦合阴极还原与阳极氧化的生物电化学过程被视为矿化芳香族化合物的一种有潜力的方式。然而，传统直流生物电化学方法存在着一些固有局限。

在此背景下，来自盐城工学院环境科学与工程学院、西北工业大学生态与环境学院以及哈尔滨工业大学深圳校区城市水资源与水环境国家重点实验室的研究团队取得了最新进展。研究团队提出了一种低频低电压交流电（LFV-AC）驱动的生物电极，通过周期性原位耦合还原与氧化过程，成功实现了芳香族化合物的生物矿化。相关研究以“交流电驱动生物电极原位耦合还原与氧化过程高效矿化难降解污染物”为题发表于中国工程院院刊《Engineering》。远野、张俊杰为共同第一作者，王爱杰、陈帆为通讯作者。

研究人员以茜素黄 R（AYR）的降解为例展开实验。结果令人振奋，受 LFV-AC 刺激的生物膜展现出了高效的双向电子传递和氧化还原双功能性。具体表现为，AYR 的还原率显著提高至63.07% ± 1.91%，中间产物的矿化率更是达到了98.63% ± 0.37%。

LFV-AC 刺激还带来了另一个重要影响，它促进了高效代谢 AYR 的微生物组的形成。其中，擅长偶氮染料还原的 Stenotrophomonas 和 Bradyrhizobium 菌属、擅长芳香族中间体氧化的 Sphingopyxis 和 Sphingomonas 菌属，以及擅长电子传递的 Geobacter 和 Pseudomonas 菌属的丰度都得到了显著提升。

图. 交流电驱动生物电极对 AYR 生物矿化作用机制的概念模型。

不仅如此，功能菌群还显著富集了编码偶氮和硝基还原酶、儿茶酚氧化酶以及氧化还原介体蛋白的功能基因。这一系列的发现充分证实了 LFV-AC 刺激在促进偶氮染料生物矿化方面的高效性。

该研究成果为废水中难降解有机污染物的处理提供了一种新颖且可持续的方法。这意味着，在未来的废水处理领域，我们或许能够更加高效地处理那些难以降解的有机污染物，从而更好地保护环境，推动可持续发展。

关键词

交流电，生物电极，氧化还原过程，生物矿化，电极微生物组，难降解有机污染物

引用信息

Ye Yuan, Junjie Zhang, Wanxin Yin, Lulu Zhang, Lin Li, Tianming Chen, Cheng Ding, Wenzong Liu, Aijie Wang, Fan Chen, In situ Coupling of Reduction and Oxidation Processes with Alternating Current-Driven Bioelectrodes for Efficient Mineralization of Refractory Pollutants, Engineering, 2024, ISSN 2095–8099, https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.05.009.

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开放获取全文

https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.05.009

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