bevictor伟德官网2023年8月18日電(通訊員 王名威)近日,bevictor伟德官网張潇源課題組在強化污水厭氧生物處理種間電子傳遞研究中取得新進展,在細胞水平揭示了赝電容/電導材料介導微生物種間電子傳遞過程的作用機制,為指導厭氧水處理過程中電活性材料的設計提供了新思路和新方法。
相關成果以“二元電活性材料強化厭氧廢水處理:赝電容/電導介導微生物種間電子傳遞”(Enhanced Anaerobic Wastewater Treatment by a Binary Electroactive Material: Pseudocapacitance/Conductance Mediated Microbial Interspecies Electron Transfer)為題發表在《環境科學與技術》(Environmental Science & Technology)上,并被選為當期封面(Front Cover)。
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《環境科學與技術》(Environmental Science & Technology)當期封面
厭氧消化是一個由多種微生物協同參與将有機物分解轉化為産甲烷的過程。其中,微生物種間電子傳遞對于調節微生物互養代謝平衡,提升厭氧消化效率及維持系統穩定性具有重要意義,是厭氧生物處理領域的研究前沿。張潇源課題組開發了一種基于赝電容與電導的二元電活性材料強化厭氧有機廢水處理的方法,可提高産酸細菌和産甲烷菌種間電子傳遞速率,調節兩者在生産電子和消耗電子速率上的差異,提升厭氧消化性能。
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二元電活性材料通過電導與赝電容介導産酸細菌與産甲烷菌電子轉移的過程示意圖
二元電活性材料介導微生物種間電子傳遞的過程機制如下:材料的導電性可協助産酸菌和産甲烷菌建立種間直接電子傳遞過程(DIET),加速二者間電子轉移速率;而産酸菌分解有機物生産電子速率大于産甲烷消耗電子速率時,二元電活性材料則通過赝電容性的生物炭(醌基)緩存過剩電子,然後緩慢釋放給産甲烷菌。類似于計算機中數據從高速讀取的運行内存轉移到大容量的硬盤中進行存儲的傳輸機制。材料對電子的緩沖作用使反應器保持在适宜的pH,減輕了酸性積累對産甲烷的抑制作用。而産甲烷的穩定運行則可維持反應器的低氫氣分壓環境,促進産酸菌細胞内的NADH/NAD+的轉化,使H+不斷被輸送到細胞膜外,形成的質子動勢來合成ATP,為胞外水解酶(如α-Glucosidase和protease)以及細胞色素c(Cyt c)的合成提供了能量,加速有機物的降解。種間電子傳遞過程的強化使反應器内污泥總體的電導率提高了72%,加快了有機物轉化為甲烷的效率。
論文通訊作者為bevictor伟德官网張潇源副教授,第一作者為bevictor伟德官网博士後王名威。論文共同作者包括bevictor伟德官网黃霞教授、博士生任騰飛、尹夢茜、徐慧和碩士生盧科潮。
論文鍊接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.3c01986