微生物电化学系统还原CO_2合成甲酸和乙酸

从活性污泥中筛选出具有电化学活性的微生物,与电化学系统结合还原CO_2合成甲酸和乙酸。通过扫描电镜(SEM)、PCR和16S r DNA检测菌种,并命名为Clostridium. sp. S。循环伏安扫描(CV)测试菌种具有电化学活性,在-500 m V出现CO_2还原峰。设定阴极电势-900 m V,反应对微生物代谢产生的氢气利用率达到81. 8%,甲酸最大累积浓度为4. 8 mmol/L,乙酸最大累积浓度为7. 76 mmol/L,总库伦效率最大为95. 41%。表明在微生物电化学系统中,生物阴极可以将CO_2还原为多种有机物,确定菌种通过电极直接传递和氢气传递两种方式获得电子,为进一步研究微生物电合成技术提供参考。     

生物电化学系统还原CO_2合成有机化合物

采用生物电化学系统固定CO_2生产有机物。构建三电极反应体系,从活性污泥中筛分出一种电化学活性菌种,和电化学结合还原CO_2,合成乙酸和丙三醇。在阴极电势-0.8 V,12 h时乙酸累积浓度9.2 mmol/L,9 h时丙三醇累积浓度最大为3.5 mmol/L,总库伦效率最大为84%。电化学分析表明,菌种具有良好的活性,确定菌种通过电极和氢气作为介体两种方式传递电子。ITS rRNA鉴定菌种为假丝酵母,并命名为Candida sp.S。研究表明,生物阴极在电能的驱动下,可以将CO_2还原为多种有机物。     

生物电化学系统还原CO_2合成有机化合物

采用生物电化学系统固定CO_2生产有机物。构建三电极反应体系,从活性污泥中筛分出一种电化学活性菌种,和电化学结合还原CO_2,合成乙酸和丙三醇。在阴极电势-0.8 V,12 h时乙酸累积浓度9.2 mmol/L,9 h时丙三醇累积浓度最大为3.5 mmol/L,总库伦效率最大为84%。电化学分析表明,菌种具有良好的活性,确定菌种通过电极和氢气作为介体两种方式传递电子。ITS rRNA鉴定菌种为假丝酵母,并命名为Candida sp.S。研究表明,生物阴极在电能的驱动下,可以将CO_2还原为多种有机物。     

修饰生物阴极对CO_2还原及合成产物影响

构建了新型修饰生物阴极微生物电解池(MEC),考察了修饰生物阴极对MEC最大电流密度、库伦效率以及有机物产量的影响。结果表明,在外加电势为-0. 7 V时,反应周期结束后,修饰组最大电流密度约为2. 78 A/m2,较对照组(约1. 97 A/m2)提高了41. 1%;修饰组最大库伦效率达到85. 99%,是未修饰(77. 18%)的1. 1倍。生物阴极修饰后极大地提高了CO_2的还原效率及有机物的合成产量,甲醇和乙酸的最大积累量达到4. 627,8. 027 mmol/L,是对照组(甲醇3. 574 mmol/L,乙酸5. 344 mmol/L)的1. 29倍和1. 50倍,氢气最大积累量为48. 5 m L。结果表明,生物阴极经修饰后可显著促进CO_2的还原并提高库伦效率和合成产物的产量。     

修饰生物阴极对CO_2还原及合成产物影响

构建了新型修饰生物阴极微生物电解池(MEC),考察了修饰生物阴极对MEC最大电流密度、库伦效率以及有机物产量的影响。结果表明,在外加电势为-0. 7 V时,反应周期结束后,修饰组最大电流密度约为2. 78 A/m2,较对照组(约1. 97 A/m2)提高了41. 1%;修饰组最大库伦效率达到85. 99%,是未修饰(77. 18%)的1. 1倍。生物阴极修饰后极大地提高了CO_2的还原效率及有机物的合成产量,甲醇和乙酸的最大积累量达到4. 627,8. 027 mmol/L,是对照组(甲醇3. 574 mmol/L,乙酸5. 344 mmol/L)的1. 29倍和1. 50倍,氢气最大积累量为48. 5 m L。结果表明,生物阴极经修饰后可显著促进CO_2的还原并提高库伦效率和合成产物的产量。     

甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO_2还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L~(-1)·d~(-1),8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S r RNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L~(-1)·d~(-1),系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae(15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。     

甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO₂还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L^-1·d^-1,8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S rRNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L^-1·d^-1,系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae (15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。     

多孔锡电极的制备及其用于CO_2电化学还原性能

用氢气泡动态模板法在铜基底上沉积锡制备了一种新型锡电极。采用SEM、EDS和XRD对多孔锡沉积层进行表征,并对其催化CO_2电化学还原制甲酸的性能进行了研究。SEM结果表明多孔锡沉积层具有自组织的蜂窝状三维多孔结构,同时EDS分析表明电极表面无杂质。XRD表征表明在基底和Sn沉积层交界处有Cu_5Sn_6合金生成,加强了两者之间的连接。采用不同扫描速率下循环伏安曲线法测试电化学表面积,多孔锡电极的电化学表面积大约是普通锡片电极的6倍。电极的循环伏安测试结果表明,多孔锡电极比普通锡片电极具有更高的电流密度,更正的起峰电位,说明具有多孔结构的电极对CO_2电化学还原反应具有更高的活性。通过考察KHCO_3浓度、还原电位对还原过程的影响,确定KHCO_3浓度为0.5 mol/L,还原电位为-1.7 V vs.SCE时,甲酸的电流效率可达73.9%。由此可见,多孔结构电极材料能有效地提高CO_2电还原的催化效果。     

新型钒系固体超强酸S_2O_8~（2-）/V_2O_5催化剂的制备研究

以NH4VO3为原料,（NH4）2S2O8为浸渍液,添加一定量Fe2O3,用沉淀-浸渍法制备出新型S2O82-/V2O5-Fe2O3固体超强酸催化剂。以合成乙酸苄酯作为探针反应,考察不同制备条件下超强酸的催化活性。研究发现,最优条件为：V2O5与Fe2O3的摩尔比为n（V2O5）∶n（Fe2O3）=1.0∶1.0,浸渍液浓度为1.5 mol/L,焙烧温度350℃,焙烧时间3 h效果最佳,催化剂的活性最好。     

多孔铜电极催化CO_2合成碳酸二甲酯的研究

采用氢气泡模板法制备了多孔铜作为电催化还原CO_2的电极材料。通过控制电镀时间、电镀液中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的浓度及HCl的加入量实现了电极活性层厚度、孔径、孔隙率以及微观形貌的有效调节,并研究了其对CO_2电催化还原活性的影响。结果表明,电极层多孔铜厚度、孔径大小以及孔隙率对电极的催化活性有一定的影响,而多孔的形貌不是影响电极催化活性的关键因素。当电沉积时间为20 s、CTAB的加入量为10 mmol/L时,得到的孔隙率为60.261%的多孔铜电极具有最佳的CO_2电催化还原活性;将得到的多孔铜电极用于合成碳酸二甲酯(DMC),优化了DMC的合成反应温度及电还原电位。DMC产率在最优条件下可达到84%。