【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】世界人口、經(jīng)濟(jì)和城市化的迅速發(fā)展，不僅導(dǎo)致全球能源需求的增加，而且還造成了更多的空氣和水資源污染。在眾多能源中，氫氣(H2)因其單位重量的能量含量高(142 kJ g-1或61,000 Btu lb-1)而成為未來理想的綠色燃料，過去從不可再生資源(化石燃料)中生產(chǎn)氫氣對環(huán)境是不友好的。因此，必須探索H2產(chǎn)量更高的清潔技術(shù)，以滿足全球碳排放達(dá)標(biāo)的合理期望。微生物電解池(MECs)由電化學(xué)活性細(xì)菌從有機(jī)污染物中提取的電子(e-)被轉(zhuǎn)移到正極(陽極)，而質(zhì)子(H+)被釋放到水溶液中。e-遷移到正極并隨后與H+反應(yīng)產(chǎn)生H2的清潔方法在處理棕櫚油廠廢水(POME)中得到關(guān)注。但這個過程需要外部能量-直流電(DC)或交流電(AC))來持續(xù)生產(chǎn)氫氣，由于缺乏可靠的能源供應(yīng)來源，MECs的性能隨著時間的推移不斷惡化，限制了它的進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用。尋找一種合適的傳統(tǒng)電源的替代方法來減少輸入能量，由于其可擴(kuò)展性而很有前途，從而引起了國內(nèi)外研究人員的極大興趣。
基于此中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究分離材料與技術(shù)研究團(tuán)隊與馬來西亞國立大學(xué)(UKM)研究團(tuán)隊合作，在前期的研究 (Int. J. Hydrogen Energy. 2022, 47, 15464-15479) 基礎(chǔ)上建立了一個新型和可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，以提高微生物電解池(MEC)處理棕櫚油廠廢水(POME)的效果，解決了MEC技術(shù)能源消耗問題。為了實現(xiàn)能源的可再生，科研人員將微型水力發(fā)電機(jī)(PHP)與單室的MECs結(jié)合起來，極大地提高了系統(tǒng)的電流密度(113 A/m3)和產(chǎn)氫速率(1.16 m3 H2/m3 d)。與此同時，棕櫚油廠廢水(POME)中有機(jī)物去除率達(dá)到73%，比單室MECs有機(jī)物的去除表現(xiàn)出更優(yōu)的性能。相對高效的H2回收率(r H2=78%)和庫侖效率(CE=57%)也證實了從POME有機(jī)物中去除高比例的電子以產(chǎn)生大于96%純H2的可能性。MEC滋養(yǎng)了POME廢水降解微生物群體，同時刺激了陽極生物膜中電活性微生物的生長，促使H2的快速生成。迄今為止PHP-MEC的整體H2回收率、COD去除率和能源效率都優(yōu)于由其他外部可再生能源驅(qū)動的MECs。它在可持續(xù)處理含油廢水方面有很大的潛力，為設(shè)計有效的生物策略從復(fù)雜的工業(yè)廢水中回收能源提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《國際氫能雜志》(International Journal of Hydrogen Energy)上，新疆理化所為第一完成單位，馬來西亞國立大學(xué)(UKM)為合作單位。分離材料與技術(shù)研究團(tuán)隊的阿卜杜克熱木·喀迪爾助理研究員和碩士研究生宋東升為共同第一作者，阿卜杜克熱木·喀迪爾助理研究員和馬鵬程研究員為共同通訊作者。此項工作得到了中國科學(xué)院和馬來西亞國立大學(xué)的共同支持。
實驗裝置示意圖
PHP-MEC反應(yīng)器的關(guān)鍵性能指標(biāo)(電流密度和COD去除率)隨時間的變化
MEC接種物和陽極生物膜中微生物的屬級分類。<3%的總細(xì)菌群落被稱為“其他”
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