近日，上海交通大学生命科学技术学院白凤武教授研究团队在化学工程领域顶刊Chemical Engineering Journal发表题为A double-chamber microbial electrolysis cell improved the anaerobic digestion efficiency and elucidated the underlying bio-electrochemical mechanism的研究成果。
绿色生物制造以木质纤维素为原料，具有低碳可再生的优点，但是高固含物的废水处理成为影响其过程经济性的主要难点。电化学厌氧系统（MEC-AD）仅需提供少量电能即可显著提升发酵性能。然而，之前MEC-AD研究大多使用单腔电化学反应器，由于阴阳两极共处一室，不仅无法明确两极各自的贡献，还存在物料和菌种混流影响发酵效率的问题。团队首次使用双腔构造分隔MEC-AD系统阴极与阳极，探究两极各自的功能微生物群落迁移变化及对厌氧消化系统的影响（图1）。在外加电压0.6 V时，系统甲烷产量提高了80.4%。阳极富集的肠球菌（Enterococcus）等电活性细菌加速了秸秆降解，增强了阳极腔中以产甲烷八叠球菌（Methanosarcina）为主的混合营养性产甲烷过程。阴极腔中肠球菌和产甲烷杆菌（Methanobacterium）通过微生物种间直接电子传递的方式进行互营共生，增强了氢营养性产甲烷过程。
图1 双腔电化学厌氧系统（MEC-AD）提升秸秆废水厌氧消化性能及其机理解析
团队长期针对木质纤维素利用的瓶颈问题展开研究，2023年，刘晨光已陆续发表了系列研究工作，如开发了高产琥珀酸的谷棒杆菌进行碳固定（Bioresource Technol 2023, 378, 128991）、采用人工智能算法优化混合糖发酵工艺（Bioresource Technol 2023, 385, 129375）、使用电能驱动提升运动发酵单胞菌的乙醇生产性能（ACS Sustainable Chem Eng 2023, 11, 2364-74）。这些研究为降低木质纤维素糖成本、提升全产业链经济指标做出了贡献。
该研究获得国家重点研发计划（2021YFC2101300）和国家自然科学基金委员会（21978167）的资助。
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