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中国工程院院刊Engineering |资源与环境学院曾建雄、蒋永团队在微生物电合成方面研究取得重要进展



发布时间 :2021-12-22    信息员: 


 

近日,我校资源与环境学院曾建雄、蒋永团队在微生物电合成方面研究取得重要进展。


论文封面


微生物电合成(microbial electrosynthesisMES)利用可再生电力驱动微生物固定CO2,合成化学品,在推进低碳经济中具有一定潜力。从工程的角度分析,从阴极到微生物的电子传递过程依赖于电极面积,但是合成产物的性能取决于反应器体积。本研究首次构建了新型流动电极MES反应器,提高产物生成速率并降低能量消耗,阐明了电极驱动微生物的自养固碳途径及基因表达差异。

添加粉末活性炭(powder activated carbon, PAC)的流动电极MES反应器的产乙酸速率比无PAC对照组高两倍。流动电极MES反应器的产乙酸能耗,仅为无PAC对照组、HMES反应器的一半,多电极反应器的四分之一。基于PAC的流动电极能够降低水跨膜通量、传质阻力,但对电池电压、流变行为、乙酸吸附的影响较小。流动电极能够提高Acetobacterium的相对丰度,促进能量代谢相关基因表达。高比表面积的PAC电极生物膜中色素高表达;低比表面积的传统碳毡电极生物膜中氢酶高表达。识别到两个固碳途径,包括还原性乙酰辅酶A途径(Wood–Ljungdahl pathway, WLP)和还原性三羧酸循环途径(reductive citric acid cycle, rTCA),但存在部分缺失。堆叠型流动电极MES可进一步提升乙酸浓度。本研究提供了一种构建高性能、可扩展MES反应器的新方法,并解析了电极驱动自养微生物的碳能代谢机制。未来研究可围绕流动电极生物相容性提升、流动电极MES的产物增值开展。

 

该研究成果目前以“Flow-Electrode Microbial Electrosynthesis for Increasing Production Rates and Lowering Energy Consumption”为题,发表于中国工程院院刊、中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《Engineering》。福建农林大学为第一完成单位,褚娜为第一作者,蒋永副教授为通讯作者。


文章链接:https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.015

  

 

资源与环境学院曾建雄、蒋永团队图文  修新田审核