FESE: 福建农林大学研究组 电驱动氨氧化和产乙酸的微生物电合成系统

https://journal./fese/EN/10.1007/s11783-021-1476-5

文章出版：Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(4): 42

原文信息

题目：

Electricity-driven ammonia oxidation and acetate production in microbial electrosynthesis systems

作者：

Qinjun Liang¹, Yu Gao¹, Zhigang Li¹, Jiayi Cai¹, Na Chu¹, Wen Hao², Yong Jiang (✉)¹, Raymond Jianxiong Zeng¹

作者单位：

1 Fujian Agriculture and Forestry University, China

2 Tsinghua University, China

通讯作者邮箱：

[e-mail]

jiangyongchange@

关键词：

Biocathode (生物阴极);

Carbon dioxide (二氧化碳);

Electrochemical oxidation (电化学氧化);

Graphite anode (石墨阳极);

Boron-doped diamond (掺硼金刚石)

文章亮点

· 微生物电合成系统同时去除氨和产乙酸；

· 硝氮累积导致去除总氮和氨氮所需能耗的差异较大；

· 氨和乙酸的跨膜迁移会降低耦合系统性能。

文章简介

微生物电合成（MES）利用电能驱动微生物代谢过程，实现可再生能源转换、CO₂利用、化学品生产等多种功能。传统MES中，通常进行阳极析氧反应，高电位导致高能耗，而低值氧气不易被利用，且容易过膜对阴极还原过程产生抑制。可见，提高MES竞争力的一个重要但被忽视的策略是拓展其阳极功能，如在阴极还原CO₂生成有机物的同时，实现阳极电化学氧化去除污染物。其中，电化学氨氧化技术通过调节电压或电流参数、构建电极等实现过程调控，具有良好的应用前景。因此，替代阳极析氧反应，耦合阳极氨氧化和阴极产乙酸，可提高MES竞争力。

本研究在MES中耦合阳极氨氧化和阴极产乙酸，比较非生物及生物条件下石墨和掺硼金刚石（BDD）的氨氮及总氮去除性能，分析能量耗费及去污性能差异的原因，主要结论如下：

（1）MES反应器中以石墨作为阳极，氨去除率为83.2% ± 5.3%，总氮去除率为28.4% ± 9.9%。

（2）MES反应器中以BDD作为阳极，氨去除率为70.9% ± 12.1%，总氮去除率为51.5% ± 11.8%。

（3）硝氮累积是能量耗费及去污性能差异的原因；

（4）耦合系统中，存在不利的氨和乙酸跨膜迁移；

（5）阴极室中乙酸的累积浓度达到8.0 ± 0.6 g/L，并伴随少量的丙酸和丁酸。

 文章摘要图

编  后

微生物电合成技术耦合污水处理和绿色生物制造，但尚须提高其竞争力。本文证明了耦合阳极氨氧化和阴极产乙酸的可行性，对开发新型多功能微生物电化学装置的相关研究具有一定参考价值。

作者简介

蒋永，男，福建农林大学资源与环境学院副教授，FESE青年编委。主要从事微生物电化学技术。主持国家自然科学基金等项目，第一/通讯作者在Engineering，Water Research等杂志发表论文30余篇。课题组网页：

http://teacher./zhcy/jy1/list.htm。

梁勤军，男，25岁，福建农林大学资源与环境学院2019级资源利用与植物保护专业硕士生，导师为蒋永副教授，研究方向为微生物电合成。

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