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Combining metal-microbe and microbe-microbe dual direct electron transfer on Fe(0)-cathode of bio-electrochemical system to enhance anaerobic digestion of cellulose wastewater
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作者 Yang Li Ying Ma +3 位作者 Jingjing Zhan Yaobin Zhang Zisheng Zhao Zhiqiang Zhao 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2022年第6期3106-3112,共7页
Considering that cathode of microbial electrochemical system(MES)is a good electrons source for methane production via direct/indirect electron transfer to electroactive microorganisms,and that Fe(0)is also a confirme... Considering that cathode of microbial electrochemical system(MES)is a good electrons source for methane production via direct/indirect electron transfer to electroactive microorganisms,and that Fe(0)is also a confirmed electron donor for some electroactive microorganisms through metal-microbe direct electron transfer(DET),Fe(0)-cathode was equipped into an MES digester to enhance cathodic methane production.The results of this study indicated that the potential DET participator,Clostridium possibly obtained electrons directly from Fe(0)-cathode via metal-microbe electrons transfer,then transferred electrons directly to the definite DET participators,Methanosarcina/Methanothrix via microbemicrobe electrons transfer for CH_(4)production.In addition,Methanobacterium is another specially enriched methanogen on Fe(0)-cathode,which might obtain electrons directly from Fe(0)-cathode to produce CH_(4) via metal/electrode-microbe DET.The increment of conductivity of cathodic sludge in Fe(0)-cathode MES digester(R1)further confirmed the enrichment of electroactive microorganisms participating in DET process.As a consequence,a higher CH_(4) production(1205–1508 m L/d)and chemical oxygen demand(COD)removal(79.0%-93.8%)were achieved in R1 compared with graphite-cathode MES digester(R2,720–1090 m L/d and 63.6%-85.6%)and the conventional anaerobic digester(R3,384–428 m L/d and 35.2%-41.0%).In addition,energy efficiency calculated indicated that the output energy of CH_(4) production was 8.16 folds of electricity input in Fe(0)-cathode MES digester. 展开更多
关键词 Fe(0)-cathode CH_(4)production Anaerobic digestion direct electron transfer Microbial electrochemical system
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Electrically conductive nanowires controlled one pivotal route in energy harvest and microbial corrosion via direct metal-microbe electron transfer 被引量:2
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作者 Yuting Jin Jiaqi Li +8 位作者 Toshiyuki Ueki Borui Zheng Yongqiang Fan Chuntian Yang Zhong Li Di Wang Dake Xu Tingyue Gu Fuhui Wang 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期226-233,共8页
Extracellular electron transfer(EET)plays a critical role in bioelectrochemical processes,allowing cou-pling between microorganisms and extracellular solid-state electrodes,metals,or other cells in energy metabolism.P... Extracellular electron transfer(EET)plays a critical role in bioelectrochemical processes,allowing cou-pling between microorganisms and extracellular solid-state electrodes,metals,or other cells in energy metabolism.Previous studies have suggested a role for outer-surface c-type cytochromes in direct metal-to-microbe electron transfer by Geobacter sulfurreducens,a model electroactive bacterium.Here,we ex-amined the possibility of other microbially produced electrical contacts by deleting the gene for PilA,the protein monomer that G.sulfurreducens assembles into electrically conductive protein nanowires(e-pili).Deleting pilA gene inhibited electron extraction from pure iron and 316L stainless steel up to 31%and 81%,respectively more than deleting the gene for the outer-surface cytochrome OmcS.This PilA-deficient phenotype,and the observation that relatively thick biofilms(21.7μm)grew on the metal surfaces at multi-cell distances from the metal surfaces suggest that e-pili contributed significantly to microbial cor-rosion via direct metal-to-microbe electron transfer.These results have implications for the fundamental understanding of electron harvest via e-pili by electroactive microbes,their uses in bioenergy production,as well as in monitoring and mitigation of metal biocorrosion. 展开更多
关键词 Electrically conductive protein nanowires direct metal-to-microbe electron transfer Geobacter sulfurreducens Outer-surface c-type cytochromes Biofilm
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Direct Electron Transfer between Glucose Oxidase and Multi-walled Carbon Nanotubes 被引量:3
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作者 徐锦忠 朱俊杰 +2 位作者 吴强 胡征 陈洪渊 《Chinese Journal of Chemistry》 SCIE CAS CSCD 2003年第8期1088-1091,共4页
The direct electrochemical behavior between the glucose oxidase (GOD) and the multi walled carbon nanotubes (MWNTs) has been studied. Two pairs of cyclic voltammetric peaks corresponding to the two different processe... The direct electrochemical behavior between the glucose oxidase (GOD) and the multi walled carbon nanotubes (MWNTs) has been studied. Two pairs of cyclic voltammetric peaks corresponding to the two different processes, i.e. mass transport and surface reaction of GOD are observed on this MWNTs. The formal potentials with E o′=-0.45 V and E o′=-0.55 V were obtained respectively. The GOD film was observed on the carbon nanotube by the TEM. 展开更多
关键词 carbon nanotube glucose oxidase direct electron transfer
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Direct Electron Transfer Reactions of Glucose Oxidase and D-Amino Acid Oxidase at a Glassy Carbon Electrode in Organic Media
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作者 Wei Jianjun Qin Yiqin Liu Haiying(School of Chemistry and Chemical Engineering) Deng Jiaqi(Fudan University) 《Advances in Manufacturing》 SCIE CAS 1998年第1期80-83,共4页
Cyclic voltammetry is employed to demonstrate feasibility of direct electron transfer of glucose oxidase and D amino acid oxidase at a glassy carbon electrode in organic media. The reversible slight conformational ch... Cyclic voltammetry is employed to demonstrate feasibility of direct electron transfer of glucose oxidase and D amino acid oxidase at a glassy carbon electrode in organic media. The reversible slight conformational change of glucose oxidase is observed by changing 0.1 mol/L phosphate buffer to acetonitrile containing 10% v/v of water and 0.05 mol/L tetrabutyalammonium perchlorate, and vice versa. 展开更多
关键词 glucose oxidase D amino acid oxidase direct electron transfer
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A high H_2 evolution rate under visible light of a CdS/TiO_2@Ni S catalyst due to a directional electron transfer between the phases 被引量:5
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作者 Jianling Meng Yongdan Li 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第3期544-548,共5页
The photocatalytic activity of CdS can be greatly improved by co-modification of NiS and TiO_2 materials; furthermore the order of connection affects much. A directional electron transfer route via CdS → TiO_2→ NiS ... The photocatalytic activity of CdS can be greatly improved by co-modification of NiS and TiO_2 materials; furthermore the order of connection affects much. A directional electron transfer route via CdS → TiO_2→ NiS is found crucial to the enhancement of ternary catalyst, where TiO_2 acts as an electron reservoir and Ni S works as an effective cocatalyst. Cd S/TiO_2@Ni S with Ni S loaded on TiO_2 has an activity of H_2 evolution 2.5 times higher than NiS@Cd S/TiO_2 with Ni S pre-loaded on Cd S. Faster e-/h+separation rates is obtained of Cd S/TiO_2@Ni S under visible light than under extra UV light irradiation, which in turn demonstrates the importance of directional electron transfer route. 展开更多
关键词 directional electron transfer PHOTOCATALYSIS Hydrogen VISIBLE light
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Direct Electron-transfer Reaction of Cytochrome C at a Bare Spectrographic Graphite Electrode
6
作者 YU Ai-min CHEN Hong-yuan and HAN Ji-lin(Department of Chemistry , Nanjing University , Nanjing , 210008) 《Chemical Research in Chinese Universities》 SCIE CAS CSCD 1995年第1期22-27,共6页
he electrochemistry of cytochrome C was investigated at a spectrographicgraphite electrode. In phosphate buffer solution (pH= 7. 0) , cytochrome C showedstable and quasi-reversible response. The formal potential E ̄(o... he electrochemistry of cytochrome C was investigated at a spectrographicgraphite electrode. In phosphate buffer solution (pH= 7. 0) , cytochrome C showedstable and quasi-reversible response. The formal potential E ̄(o') was 0. 015 V (at25℃ , vs. SCE) and the heterogeneous electron transfer rate constant k_s obtainedvaried form 1. 10×10 ̄(-3) cm · s ̄(-1) to 1. 80k×10 ̄(-3) cm · s ̄(-1). The thermodynamic pa-rameters of the electron transfer reaction of cvtochrome C was also estimated. Fur-thermore, the effect of the various electrode surface states on the electrochemistryof cytochrome C was discussed. 展开更多
关键词 Cytochrome C direct electrochemistry Spectrographic graphite elec-trode electron transfer Rate constant
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A direct electrochemical biosensor for rapid glucose detection based on nitrogen-doped carbon nanocages 被引量:1
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作者 Lan-Lan Li Yu Zhao +2 位作者 Li-Jia Pan Jian-Bin Xu Yi Shi 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期2184-2192,共9页
Given the increasing number of diabetic patients,rapid and accurate detection of glucose in body fluids is critical.This study developed a direct electrochemical biosensor for glucose based on nitrogen-doped carbon na... Given the increasing number of diabetic patients,rapid and accurate detection of glucose in body fluids is critical.This study developed a direct electrochemical biosensor for glucose based on nitrogen-doped carbon nanocages(NCNCs).NCNCs possess a large specific surface area of 1395 m^(2)·g^(-1),a high N atomic content of 9.37%and good biocompatibility,which is favorable for enzyme loading and electron transfer.The surface average concentration of electroactive glucose oxidase on NCNCs was 2.82×10^(-10)mol·cm^(-2).The NCNC-based direct electrochemical biosensor exhibited a high sensitivity of 13.7μA·(mmol·L^(-1))^(-1)·cm^(-2),rapid response time of 5 s and an impressive electron-transferrate constant(ks)of 1.87 s^(-1).Furthermore,we investigated an NCNC-based direct electron transfer(DET)biosensor for sweat glucose detection,which demonstrated tremendous promise for non-invasive wearable diabetes diagnosis. 展开更多
关键词 direct electron transfer(DET) Nitrogen-doped carbon nanocages(NCNCs) Glucose oxidase BIOSENSOR
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Combined pretreatment using CaO and liquid fraction of digestate of rice straw: Anaerobic digestion performance and electron transfer 被引量:6
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作者 Ruolin Guan Hairong Yuan +2 位作者 Liang Zhang Xiaoyu Zuo Xiujin Li 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第8期223-232,共10页
To improve anaerobic digestion(AD)efficiency of rice straw,solid alkaline CaO and the liquid fraction of digestate(LFD)were used as pretreatment agents of rice straw.The results showed that AD performance of rice stra... To improve anaerobic digestion(AD)efficiency of rice straw,solid alkaline CaO and the liquid fraction of digestate(LFD)were used as pretreatment agents of rice straw.The results showed that AD performance of rice straw with CaOLFD pretreatment was optimal in different pretreatment methods of the CaO+LFD,CaOLFD,LFD+CaO,CaO,and LFD.The maximum methane yield(314 ml(g VS)^(-1))and the highest VFAs concentration(14851 mg·L^(-1) on day 3)of the CaOLFD pretreatment group were 81%and 118%higher than that of the control group,respectively.Under the action of solid alkaline CaO,the bacteria of Clostridium,Atopostipes,Sphaerochaeta,Tissierella,Thiopseudomonas,Rikenellaceae,and Sedimentibacter could build up co-cultures with the archaeal of Methanosaeta,Methanobacterium,and Methanosarcina performing direct interspecies electron transfer(DIET)and improving AD performance of rice straw.Therefore,the combined pretreatment using CaO and LFD could not only pretreat rice straw but also stimulate co-cultures of microorganism to establish DIET enhancing AD efficiency. 展开更多
关键词 CaO-LFD pretreatment direct interspecies electron transfer(DIET) Rice straw Anaerobic digestion(AD) Methane
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零价铁体系中的还原路径:研究方式和检测方法引起的讨论
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作者 杨世迎 邝文俊 《化学进展》 北大核心 2025年第7期1011-1024,共14页
零价铁(Zero-valent iron,ZVI)及其表面改性材料因其优秀的还原性能已被用于去除多种污染物。直接电子转移还原、Fe(Ⅱ)还原和原子氢还原是三种公认的可能的ZVI还原路径。因研究者对三种还原路径存在不同的理解以及对还原路径的检测使... 零价铁(Zero-valent iron,ZVI)及其表面改性材料因其优秀的还原性能已被用于去除多种污染物。直接电子转移还原、Fe(Ⅱ)还原和原子氢还原是三种公认的可能的ZVI还原路径。因研究者对三种还原路径存在不同的理解以及对还原路径的检测使用了不同的方法,近期的研究在:(1)原始ZVI材料的主导还原路径为何;(2)硫改性给ZVI带来的是抑制原子氢产生还是重组;(3)碳改性强化ZVI还原性能是通过加速直接电子转移还是原子氢生成;(4)不同过渡金属改性对于ZVI的主导还原路径的影响有何深层机制等方面产生了差异性的结论,进而引发了关于ZVI及其表面改性材料对污染物还原去除的主导还原路径为何的一些争论。因此,本文系统总结了:(1)ZVI及其表面改性材料的结构与不同改性原理;(2)ZVI还原体系中还原路径的三种作用机理及不同检测手段;(3)表面改性技术(硫改性、碳材料改性和过渡金属改性)对还原路径的不同影响机制;(4)环境条件(pH、共存离子和天然有机物)对不同还原路径的干扰,并从还原路径出发对未来研究需重点关注的对象提出展望,期待解答当前对于还原路径的研究所存在的部分困惑和促进对ZVI的还原路径达成统一认知,以促进ZVI及其表面改性材料的科学研究发展。 展开更多
关键词 零价铁 表面改性技术 还原 直接电子转移 Fe(Ⅱ) 原子氢
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水热炭在厌氧消化中的应用研究进展
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作者 杨军 王书琛 张津铭 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第3期1163-1174,共12页
厌氧消化(Anaerobic Digestion,AD)是处理废弃生物质的有效方法,但传统的AD存在停滞期长、微生物活性受阻等问题。水热炭是一种新型的以生物质为原料,经水热炭化(Hydrothermal Carbonization,HTC)制备的多功能炭基材料,其具有可回收、... 厌氧消化(Anaerobic Digestion,AD)是处理废弃生物质的有效方法,但传统的AD存在停滞期长、微生物活性受阻等问题。水热炭是一种新型的以生物质为原料,经水热炭化(Hydrothermal Carbonization,HTC)制备的多功能炭基材料,其具有可回收、制备成本低和表面官能团丰富等优点,在AD中具有应用潜力。目前,国内对水热炭在AD中综述较少,为填补这方面的空白,首先总结了水热炭的理化性质和木质纤维素在HTC过程中的反应机制,发现温度是影响水热炭理化特性的关键因素以及水热炭相较于热解炭具有更小的比表面积,但水热炭表面的含氧官能团丰度比热解炭更高;其次,梳理了目前水热炭在AD中的研究进展,发现在AD系统中添加水热炭可有效缩短停滞期、缓解抑制作用、富集功能微生物、提高甲烷产量和产率,对AD有综合强化效果;最后,探讨了水热炭强化AD的微观作用机理,主要包括促进种间电子传递、富集AD功能微生物和缓解AD体系抑制。综述有利于研究人员进一步开展水热炭在AD和其他领域的研究和应用。未来应在当前研究基础上,着重研究不同来源的水热炭在不同底物和不同的参数条件下对AD的影响,深挖其表面含氧官能团对AD的促进机制以及对水热炭在AD中的影响机理展开进一步探索,以为水热炭在AD中的应用提供一定的参考。 展开更多
关键词 环境工程学 水热炭 厌氧消化 甲烷 直接种间电子传递
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铁屑对菊芋秸秆与猪粪共消化的强化效果及机制分析 被引量:1
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作者 宁冰玉 刘海林 +1 位作者 朱德锐 韩睿 《环境科学研究》 北大核心 2025年第3期642-652,共11页
零价铁可以强化厌氧消化过程,铁屑是一种廉价易得的零价铁。为评估铁屑在菊芋秸秆与猪粪共消化系统中应用的可行性,以中温批式厌氧消化为基础,在菊芋秸秆与猪粪共消化系统中添加不同浓度(0、2%、6%、10%、14%)的铁屑(粒径4 mm),探讨其... 零价铁可以强化厌氧消化过程,铁屑是一种廉价易得的零价铁。为评估铁屑在菊芋秸秆与猪粪共消化系统中应用的可行性,以中温批式厌氧消化为基础,在菊芋秸秆与猪粪共消化系统中添加不同浓度(0、2%、6%、10%、14%)的铁屑(粒径4 mm),探讨其对厌氧消化的强化效果及机理。结果表明:①铁屑的添加提高了菊芋秸秆与猪粪共消化系统的产甲烷性能,当添加浓度为6%时,累积甲烷产量最高,为389.67 mL/g(以挥发性固体计),较未添加铁屑的对照(CK)提高了22.39%;且该处理具有较好的经济效益。②微生物分析显示,与CK相比,细菌类群中,具有水解酸化功能的DMER64和嗜蛋白菌属(Proteiniphilum)以及与产甲烷菌存在互营关系的unclassified_Synergistaceae、Syner-01和unclassified_Anaerolineaceae等类群的相对丰度在添加铁屑各处理样品中较高;古菌类群中,添加铁屑各处理样品中的乙酸营养型古菌类群甲烷丝菌属(Methanothrix)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的相对丰度较高。同时,铁屑的添加还通过促进参与种间直接电子传递(DIET)微生物(unclassified_Anaerolineaceae、Methanothrix和Methanosarcina)的富集,强化微生物间的电子传递,这可能是甲烷产量增加的主要原因之一。③代谢组学分析发现共66种代谢物可能与铁屑添加有关,且铁屑的添加影响了共消化系统的代谢途径,差异代谢物主要富集在次生胆酸生物合成(Secondary bile acid biosynthesis)、细菌趋化性(Bacterial chemotaxis)、ABC转运蛋白(ABC transporters)、色氨酸代谢(Tryptophan metabolism)、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢(Alanine、aspartate and glutamate metabolism)等代谢通路。研究显示,铁屑的添加可以通过加速发酵启动、提高微生物活性、强化微生物间的DIET和促进关键代谢过程等来提升共消化性能。 展开更多
关键词 铁屑 共消化 微生物群落 种间直接电子传递 代谢组学
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异化铁还原“电”耦合甲烷化处理蛋白质有机废水
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作者 周欣玮 符祥壮 +2 位作者 郭梦霞 徐文 王德欣 《工业水处理》 北大核心 2025年第6期167-178,共12页
针对蛋白质有机废水厌氧消化过程中出现的产甲烷性能不佳、易于酸积累等问题,利用Fe_(3)O_(4)作为外源电子介体构建Fe_(3)O_(4)介导的蛋白质有机废水厌氧消化体系,考察体系的运行效能,分析反应器中污泥的生理特征,并探究群落演替对不同F... 针对蛋白质有机废水厌氧消化过程中出现的产甲烷性能不佳、易于酸积累等问题,利用Fe_(3)O_(4)作为外源电子介体构建Fe_(3)O_(4)介导的蛋白质有机废水厌氧消化体系,考察体系的运行效能,分析反应器中污泥的生理特征,并探究群落演替对不同Fe_(3)O_(4)剂量的响应机制。研究结果表明,实验条件下每克VSS中添加40 mg的Fe_(3)O_(4)能够实现体系厌氧发酵性能的最大优化,相较于未添加Fe_(3)O_(4)的对照组,溶解性化学需氧量(SCOD)降解率与累积CH4产量分别提高了(27.23±4.16)%和(26.50±3.25)%,累积CO_(2)产量降低了(82.08±2.43)%。污泥生理特征分析表明,Fe_(3)O_(4)的添加能够促进污泥团聚,增强电子转移能力。微生物群落变化分析表明,添加40 mg/g的Fe_(3)O_(4)可促进互营菌属Syntro⁃phomonas、铁还原菌属Clostridium和嗜乙酸型产甲烷古菌Methanosaeta的富集,从而形成异化铁还原耦合甲烷化的电子传递模式,提升种间电子传递效率,强化蛋白质有机废水中污染物的降解以及最终甲烷化的过程。 展开更多
关键词 厌氧消化 蛋白质有机废水 磁铁矿 微生物种群 直接种间电子传递
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纳米磁铁矿对海藻厌氧发酵产甲烷性能影响及机制探究
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作者 郭励奥 赵若淇 +1 位作者 李司琦 李杨 《能源环境保护》 2025年第5期191-200,共10页
当前我国正处于大力发展生物天然气产业的阶段,生物天然气的生产需要通过厌氧发酵将生物质转化为沼气,然后进行净化提纯。我国海岸带资源丰富,海藻产量巨大,是潜在的生物质能源和生物天然气原料。采用厌氧发酵技术,将以海带为例的大型... 当前我国正处于大力发展生物天然气产业的阶段,生物天然气的生产需要通过厌氧发酵将生物质转化为沼气,然后进行净化提纯。我国海岸带资源丰富,海藻产量巨大,是潜在的生物质能源和生物天然气原料。采用厌氧发酵技术,将以海带为例的大型海藻转化为甲烷气体,实现我国海藻生物质的有效利用并产生能源气体甲烷。探究在纳米磁铁矿存在下,对该过程的促进作用及影响机制。研究结果表明,添加纳米磁铁矿能够促进海带中有机物质的降解和甲烷产生,总化学需氧量(TCOD)和溶解性化学需氧量(SCOD)去除率分别提高20%和12%以上,甲烷产量可提高1倍以上。同时,纳米磁铁矿有助于使厌氧系统更加稳定,海带发酵产酸后pH恢复中性的速度更快。微生物群落结构分析显示,纳米磁铁矿对系统内电活性微生物丰度提高明显,可以构建微生物直接种间电子传递(DIET)产甲烷的途径。此.外,纳米磁铁矿还能提高5,10-亚甲基四氢甲烷蝶呤还原酶控制基因(mer)和杂二硫化物还原酶控制基因(hdrABC)这2类产甲烷菌胞内重要基因的丰度,促进基于DIET产甲烷代谢通路,为我国发展生物天然气产业提供可能方案,助力“双碳”目标的实现。 展开更多
关键词 生物天然气 海藻 直接种间电子传递 纳米磁铁矿 生物质能源
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含铁沼渣基生物炭的制备及其对城镇有机固废厌氧消化性能的影响 被引量:1
14
作者 刘梦谣 何忻 赵智强 《能源环境保护》 2025年第5期181-190,共10页
直接种间电子传递(DIET)对扩散传质依赖低、电子传递速率快,可取代间接种间电子传递,成为城镇有机固废(主要包括餐厨垃圾和剩余污泥)厌氧消化的核心机制。然而,厌氧消化后残留的副产物沼渣对环境危害大,一直是实现“无废城市”建设目标... 直接种间电子传递(DIET)对扩散传质依赖低、电子传递速率快,可取代间接种间电子传递,成为城镇有机固废(主要包括餐厨垃圾和剩余污泥)厌氧消化的核心机制。然而,厌氧消化后残留的副产物沼渣对环境危害大,一直是实现“无废城市”建设目标的挑战。本研究以含铁沼渣为原料,探究了在不同碳化温度下制备的含铁沼渣基生物炭的形貌结构特征及其对城镇有机固废厌氧消化性能的影响,旨在实现“以废治废”。研究结果表明,随着碳化温度的升高,含铁沼渣基生物炭的孔隙结构增多,官能团组成简化,在800℃碳化条件下制备的含铁沼渣基生物炭,具有更丰富的孔隙和更高的铁含量。在厌氧消化实验中,添加800℃下制备的含铁沼渣基生物炭组的甲烷累积产量为184.24 mL/g挥发性固体(VS),比沼渣(.未添加含铁沼渣基生物炭)提高了19.78%;添加800℃下制备的含铁沼渣基生物炭组的VS去除率达到45.75%,比沼渣提高了6.73%。此外,添加500℃下制备的含铁沼渣基生物炭组相较于沼渣,甲烷累积产量提高了15.66%,VS去除率提高了5.79%,其他实验组的提升效果不显著。电化学分析结果表明,添加800℃下制备的含铁沼渣基生物炭组污泥具有更大的电容性和更低的电阻,表明污泥内部种间电子传递得到增强。此外,含铁沼渣基生物炭提高了Methanosaeta和Fastidiosipila的相对丰度,促进了它们之间的DIET,进而提高了城镇有机固废厌氧消化的性能。 展开更多
关键词 城镇有机固废 厌氧消化 含铁沼渣 生物炭 直接种间电子传递
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颗粒活性炭电极耦联间歇供电强化城镇有机固废厌氧产甲烷
15
作者 潘佳禹 李美 李杨 《环境卫生工程》 2025年第2期42-49,54,共9页
直接种间电子传递(DIET)对扩散传质依赖低,在含固率高、氨氮胁迫的城镇有机固废厌氧消化工程中,可以作为额外的产甲烷途径。然而,已知能参与DIET的电营养型产甲烷菌不具备导电菌毛或外膜细胞色素,胞外电子需跨越电惰性的细胞膜进入胞内... 直接种间电子传递(DIET)对扩散传质依赖低,在含固率高、氨氮胁迫的城镇有机固废厌氧消化工程中,可以作为额外的产甲烷途径。然而,已知能参与DIET的电营养型产甲烷菌不具备导电菌毛或外膜细胞色素,胞外电子需跨越电惰性的细胞膜进入胞内,才能参与CO_(2)还原过程。有研究表明,低压电刺激可改善膜结合蛋白的导电性,但效果主要集中在阴极富集的生物膜,且持续供电会造成能耗过高,不利于大规模工程化应用。本研究将颗粒活性炭填充电极与间歇供电耦联,探究其对城镇有机固废厌氧消化性能的影响。研究结果表明:颗粒活性炭填充电极能够将电场影响从阴极拓展至其表面,使产甲烷能力提高了26%;通过循环伏安扫描利用Randles-Ševčík方程计算微生物膜的电子转移系数,发现活性炭表面微生物相比反应器中污泥提高1倍以上;活性炭在间歇供电时能够保留部分电场影响,闭路运行阶段活性炭表面生物膜对扫描电化学显微镜和电化学傅里叶红外光谱的电信号响应更强;通过微生物群落分析发现,投加颗粒活性炭作填充电极能够富集更多和DIET相关的产甲烷古菌,如Methanospirillum在活性炭上的相对丰度(39.86%)远高于对照组(21.45%)。活性炭耦联间歇供电时,开路运行使Methanospirillum的相对丰度从39.86%降低至25.84%。 展开更多
关键词 城镇有机固废 厌氧消化 直接种间电子传递 间歇供电 颗粒活性炭填充电极
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碳布对厌氧消化废油脂产甲烷的影响及其机制研究
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作者 刘旭祯 何霞 +2 位作者 董嘉 陈杰英 费云帆 《可再生能源》 北大核心 2025年第8期1003-1010,共8页
厌氧消化废油脂产甲烷是处理废油脂污染并回收可再生能源的有效方式,而协同菌之间较低的电子传递效率限制了油脂向甲烷的转化。在厌氧消化油脂过程中添加碳布,可以引发种间电子直接转移(DIET),文章研究了碳布对厌氧消化油脂产甲烷的影... 厌氧消化废油脂产甲烷是处理废油脂污染并回收可再生能源的有效方式,而协同菌之间较低的电子传递效率限制了油脂向甲烷的转化。在厌氧消化油脂过程中添加碳布,可以引发种间电子直接转移(DIET),文章研究了碳布对厌氧消化油脂产甲烷的影响及其作用机制。研究结果表明:实验组的累计甲烷产量较对照组提升11.5%;碳布不仅能使微生物通过其进行DIET,也能促进微生物的聚集,推动微生物通过生物连接进行DIET,从而提高协同菌之间的电子传递速率;碳布能提高微生物群落的多样性,富集参与DIET的细菌(如Acinetobacter Johnsonii,Syntrophobacter和Spirochaetaceae)和古菌(如Candidatus Methanofastidiosum,Candidatus Methanomethylicus),加快油脂水解以及乙酸和丙酸向甲烷的转化,强化甲基型产甲烷途径。 展开更多
关键词 厌氧消化 废油脂 碳布 种间电子直接传递
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Direct electrochemistry and electrocatalysis of myoglobin in dodecyltrimethylammonium bromide film modified carbon ceramic electrode
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作者 Yuan Zhen Zhou Hui Wang She Ying Dong An Xiang Tian Zhi Xian He Bin Chen 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2011年第4期465-468,共4页
Direct electrochemistry and electrocatalysis of myoglobin(Mb) were studied with Mb immobilized on dodecyltrimethylammonium bromide(DTAB) film modified carbon ceramic(CC) electrode.Cyclic voltammetry showed a pai... Direct electrochemistry and electrocatalysis of myoglobin(Mb) were studied with Mb immobilized on dodecyltrimethylammonium bromide(DTAB) film modified carbon ceramic(CC) electrode.Cyclic voltammetry showed a pair of well-defined and nearly reversible redox peaks of Mb(Fe~Ⅱ/Fe~Ⅲ) at about—0.3 V vs.SCE(pH = 6.98).The currents of the redox peak were linear to scan rate,and rate constant(Ks) was estimated to be 3.03 s^(-1).The formal potential(E°') of Mb in the DTAB/CC electrodes shifted linearly with pH with a slope of -36.44 mV/pH,implying that the electron transfer between DTAB and CC electrodes is accompanied by proton transportation.The immobilized Mb exhibited excellent electrocatalytic response to the reduction of hydrogen peroxide(H2O2). 展开更多
关键词 ELECTROCATALYSIS direct electron transfer DTAB H_2O_2 MYOGLOBIN
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导电材料强化高固厌氧消化性能及机制研究进展
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作者 吕龙义 唐明磊 +3 位作者 郝鹏 吴旻昊 高文芳 张光明 《化工学报》 北大核心 2025年第9期4737-4751,共15页
随着有机固体废物产量的逐年递增,如何实现其高效处理与资源化已成为当下环境领域的研究热点。高固厌氧消化被视为实现有机固体废物资源化的核心技术,但面临着高固体负荷引发的系统失稳及产气效率低等问题。导电材料凭借自身导电性、孔... 随着有机固体废物产量的逐年递增,如何实现其高效处理与资源化已成为当下环境领域的研究热点。高固厌氧消化被视为实现有机固体废物资源化的核心技术,但面临着高固体负荷引发的系统失稳及产气效率低等问题。导电材料凭借自身导电性、孔隙结构及氧化还原活性等特性调控微生物代谢与电子传递,被广泛应用于有机固废的高固厌氧消化处理领域。在现有研究基础之上,总结了铁基、碳基及铁碳复合材料对高固厌氧消化的强化效应。从关键酶活性调控、功能微生物群落优化和直接种间电子传递强化三个角度,阐明了导电材料提升系统性能背后的具体作用机制。进一步探讨了机器学习模型通过产甲烷效能预测与关键参数识别在导电材料参数优化中的应用潜力。同时,对导电材料强化有机固废高固厌氧消化的未来研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 导电材料 高固厌氧消化 微生物群落 直接种间电子转移 机器学习
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FeCl_(3)改性水热炭强化牛粪和玉米秸秆高浓度共厌氧消化体系产甲烷机制
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作者 张光涵 仝振业 +2 位作者 孔令豆 雍晓雨 周俊 《应用与环境生物学报》 北大核心 2025年第9期1377-1388,共12页
水热炭(hydrochar)通常是高湿废弃物水热转化而成的独特炭材料,其制备条件温和,表面官能团丰富,具有应用于厌氧消化系统的潜力.考察在230℃下加热1 h制备而成的3种水热炭的理化性质,并探究3种水热炭(添加量为2.0 g/L)对牛粪和玉米秸秆... 水热炭(hydrochar)通常是高湿废弃物水热转化而成的独特炭材料,其制备条件温和,表面官能团丰富,具有应用于厌氧消化系统的潜力.考察在230℃下加热1 h制备而成的3种水热炭的理化性质,并探究3种水热炭(添加量为2.0 g/L)对牛粪和玉米秸秆高浓度共厌氧消化(anaerobic digestion,AD)体系(含固率15%)甲烷产量的影响.结果表明,与对照组(不添加水热炭)相比,沼渣水热炭(HC)组、秸秆沼渣水热炭(HCS)组以及FeCl_(3)改性HCS(HCSFe)组分别使甲烷总产量提高了6.10%、17.34%和36.35%,HCSFe组具有提高甲烷产量最佳的效果.此外,HCSFe组的溶解性化学需氧量(SCOD)降解率与对照组相比提高了45.3%.微生物群落分析的结果表明,水热炭材料可富集拟杆菌门(Bacteroidota)及放线菌门(Actinobacteriot)中的微生物成员.在属水平上,HCSFe组中电活性微生物Clostridium_sensu_stricto_1的相对丰度与对照组相比提升了79.4%.在古菌方面,与对照组相比,HC、HCS、HCSFe组中广古菌门(Euryarchaeota)的相对丰度分别提升了6.14倍、1.01倍、6.15倍,氢营养型产甲烷古菌(Methanobrevibacter)的相对丰度分别提升了26.6%、29.2%、39.7%,添加水热炭可促进AD中的氢营养型产甲烷途径.水热炭的孔隙结构可为微生物生长定殖提供位点,其导电性和表面含氧官能团可提高微生物间的直接种间电子转移(DIET)速率.综上所述,牛粪沼渣水热炭的添加是提高牛粪和玉米秸秆高浓度共厌氧消化产甲烷性能的有效策略,其中HCSFe的效果最好.(图8表3参63) 展开更多
关键词 水热炭 厌氧消化 高浓度 微生物群落 直接种间电子转移(DIET) 氢营养型产甲烷途径
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一种基于碳纳米管的新型直接电子转移纤维酶燃料电池
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作者 张峰瑞 李周涛 +1 位作者 王志新 蒋金昌 《机械设计与制造工程》 2025年第9期123-126,共4页
酶生物燃料电池(EBFCs)作为一种新型生物电化学能量转换装置,在智能可穿戴设备及植入式医疗电子领域具有重要应用潜力。目前的研究多集中于传统块状结构及基于媒介体的间接电子转移机制,而纤维状直接电子转移型EBFC的构建仍是一个亟待... 酶生物燃料电池(EBFCs)作为一种新型生物电化学能量转换装置,在智能可穿戴设备及植入式医疗电子领域具有重要应用潜力。目前的研究多集中于传统块状结构及基于媒介体的间接电子转移机制,而纤维状直接电子转移型EBFC的构建仍是一个亟待解决的关键问题。为此设计开发了基于碳纳米管纤维的直接电子转移酶电极体系,通过复合葡萄糖氧化酶(GOx)与过氧化氢酶(CAT)构建阳极,同步整合漆酶(Lac)构建阴极,成功制备出全纤维状EBFCs。实验表明,该纤维状EBFCs在电解质溶液中可获得约0.65 V的开路电压及1.03 mW/cm^(2)的最大功率密度。该纤维状直接电子转移酶电极体系为开发下一代智能可穿戴设备及植入式医疗电子装置提供了可能。 展开更多
关键词 酶生物燃料电池 碳纳米管 直接电子转移 纤维
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