微生物光电还原CO2合成乙酸对外电压的响应机制

作者：周美洲; 骆海萍; 曾翠平; 刘广立; 张仁铎

来源：中国环境科学, 2022, 42(2): 907-913.

DOI：10.3969/j.issn.1000-6923.2022.02.045

• 微生物电合成(MES)
• 光阳极
• 生物阴极
• 产乙酸
• 外电压

以TiO2光阳极结合自养型生物阴极,构建双室微生物光电合成(MPES)系统,以光能作为主要的能量来源,探究MPES还原CO2合成乙酸的性能及其限制因素.结果表明,光阳极取代纯电化学阳极显著降低了MPES生物阴极对外电压的需求.MPES能持续稳定运行,平均产乙酸速率为(1.18±0.11)mmol/(L·d),法拉第效率为45.75％±3.97％.光阳极驱动阴极产生氢气,推测阴极微生物倾向于利用氢转移的方式来进行电子传递.外加电压通过影响光阳极的给电子能力从而对MPES的性能产生显著的影响,当外电压从0.4V升高至0.6V时,MPES的电流,乙酸产量和法拉第效率都显著提高,系统的性能主要受限于阳极.当外电压高于0.6V,系统电流,乙酸产量的增速减缓,法拉第效率在外加电压0.8V时达到最大值,随后下降,表明生物阴极的得电子能力已经达到饱和,此时MPES的性能主要受限于阴极.作为电子传递中间体,H2的不完全利用是法拉第效率没有随着外电压的增加进一步提升的原因.

• 单位
  中山大学; 中国科学院深圳先进技术研究院; 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室