微生物燃料电池中产电微生物的研究进展

介绍了产电微生物的研究现状,着重讨论了电子转移机制和产电微生物的种类,详细评述了提高微生物电化学活性的方法。最后从获得高效产电微生物和改善胞外电子传递2个角度展望了阳极产电微生物的研究前景。     

硫酸盐还原菌在微生物燃料电池中应用的研究进展

硫酸盐还原菌(SRB)因能同步去除硫酸盐和重金属而备受关注。近年来SRB与电化学技术的结合应用日渐成熟,在污染物产电、重金属去除等多个电化学领域都有良好应用。文中主要介绍了SRB在微生物燃料电池系统中的应用研究,包括其在系统中的电子传递机制、作为阳极和阴极应用等方面,其可实现污染物的高效降解和定量转化。为SRB在生物电化学领域中的应用及机理研究提供了借鉴方法,为进一步研究和应用SRB的电化学活性奠定了基础。     

电辅助微生物还原降解五氯酚的电子传递机理

针对微生物还原降解五氯酚(PCP)缺乏电子供体及过程缓慢的问题,将电化学(电辅助)引入微生物还原降解过程。研究发现电辅助微生物体系的降解效率为97%,这比微生物体系(降解效率为62%)和电化学体系(降解效率为26%)的加和高约10%。对比研究了电辅助微生物体系和电化学体系对PCP还原降解的循环伏安曲线,结果表明:电辅助微生物体系的循环伏安曲线上存在明显的氧化还原峰,电子传递速率为0.856 m·s^-1,电子传递系数为2.024,为两电子传递过程,符合生物降解规律,证实了电辅助加速了微生物降解过程的电子传递速率。电辅助微生物体系中存在着电极、细胞色素c、cty·bc1、NAD和污染物间的逆向电子传递途径,可实现电极-微生物-污染物间多相界面的长程电子传递过程。该研究为环境污染治理提供了一种电辅助与微生物协同作用的新理念。     

微生物燃料电池中阳极产电菌的研究进展

微生物燃料电池(MFCs)是一种生物电化学混合系统,利用微生物的氧化代谢作用将有机物或者无机物中的能量转化为电能,具有节能、减少污泥生成及能量转换的突出优势,已引起广泛关注。其中,产电微生物是MFCs系统的核心组成部分,筛选及培养高效产电微生物对促进MFCs的产电性能具有重要作用。对产电微生物电子传递机制、产电微生物种类以及影响微生物产电的因素进行分析总结;综述了阳极产电微生物的最新研究进展;最后,从微生物角度展望了阳极产电微生物未来的研究方向,以期为产电微生物在MFCs中的应用提供指导和支持。     

微生物燃料电池阳极产电微生物研究进展

微生物燃料电池（Microbial fuel cells,简称 MFCs）是一种生物电化学混合系统,利用微生物的氧化代谢作用将有机物或者无机物中的能量转化为电能,具有节能、减少污泥生成及能量转换的突出优势,目前得到研究者们的广泛关注。其中产电微生物是MFCs系统的核心组成部分,筛选及培养高效产电微生物对促进MFCs的产电性能具有重要作用。通过对产电微生物电子传递机制、产电微生物种类以及影响微生物产电的因素进行分析总结,综述了阳极产电微生物的最新研究进展,最后从微生物角度展望了未来的研究方向,以期为产电微生物在MFCs中的应用提供指导和支持。     

大肠杆菌乙酰辅酶A代谢调控及其应用研究进展

利用生物法合成生物基化学品具有高效、绿色、可持续发展等优势。乙酰辅酶A作为细胞内物质代谢的重要中间产物,是利用生物转化法合成许多生物基化学品的重要前体,在微生物碳代谢过程中发挥着枢纽作用。本文综述了大肠杆菌乙酰辅酶A的合成、代谢调控策略及其重要应用,重点总结了乙酰辅酶A的合成途径及近期发展的提高乙酰辅酶A胞内通量的代谢调控策略,包括乙酸途径的代谢调控、丙酮酸合成乙酰辅酶A途径的代谢调控、中心碳代谢途径的代谢调控、β氧化合成乙酰辅酶A途径的代谢调控和乙酰辅酶A合成新途径的发掘,进一步展望了提高乙酰辅酶A供给的策略,利用基因组编辑技术构建合成乙酰辅酶A为前体化学品细胞工厂的方法。     

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。     

纳米材料介导微生物胞外电子传递过程的研究进展

微生物胞外电子传递（EET）过程在自然界中普遍存在,并且在能源利用和环境修复等方面具有广阔的应用前景,但是低效的电子传递一直是其在实际应用中的关键瓶颈。纳米材料具有独特的表面效应、体积效应、量子尺寸及宏观量子隧道效应等性质,引入纳米材料与电活性微生物相结合实现优势互补,可以缩短电荷转移路径,从而提高EET效率。本文综述了EET方式,以及纳米材料的电子转移能力、氧化还原电势、表面结构与性质、生物相容性及纳米材料-微生物的界面构筑对EET过程的影响,重点阐述了纳米材料与电活性微生物界面构筑的各种策略,并讨论了这些策略的适用性和局限性,最后展望了纳米材料强化电活性微生物EET的未来研究方向。     

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。     

生物电化学系统中电活性生物膜催化污染物降解的研究进展

近年来,以电活性生物膜为基础构建而成的生物电化学系统成为环境领域的研究热点之一,其功能主要包括废水的处理和能源回收等。本文根据电活性生物膜在阳极与阴极功能的不同,介绍了阳极电活性生物膜以直接或间接方式为主的电子传递机制,其具备从多种污染物中回收电子的能力;阴极电活性生物膜具备高度的多样性和特异性,可以催化难降解污染物的还原降解。与此同时,本文也分析了电活性生物膜在现阶段研究的不足之处,包括较低的阳极产电功率密度以及阴极还未清晰的电子传递机制等问题。本文的分析表明,根据实际废水成分的不同,需要控制电活性生物膜群落的结构,实现不同功能微生物在电活性生物膜的协作,并通过对实际废水进行预处理,或者对电极材料进行优化来辅助电活性生物膜的催化过程,有助于达到高效去除废水中污染物的目的。     

CO2的电驱动还原

CO₂的过量排放已威胁到了环境与能源的可持续发展,通过化学或生物手段将其转化为化工原料或生物燃料能够有效缓解由CO₂过量排放造成的能源与环境压力。然而CO₂的还原过程是非自发且缓慢的,依赖于外部提供的能量和催化剂。如何实现长效的能量供给并针对性开发高性能的催化剂是CO₂回收转化技术的重点。利用稳定、清洁的电能作为驱动力,在催化剂的协同下将CO₂增值为化学品并实现碳中性循环。这种策略被称为CO₂的电驱动还原,在CO₂转化方面优势显著。从CO₂无机电催化和CO₂微生物电合成2个方面综述了近年来CO₂电驱动还原的研究进展。首先,对比和讨论了CO₂的无机电催化中不同类型的电催化剂的特性,以及优化和改性的手段。其次,总结阐明了微生物电合成中电极与微生物催化剂之间直接和间接的电子传递方式,并重点讨论了不同电子载体（H₂、甲酸、天然和人工的氧化还原电子载体）介导的间接电子传递的相关工作。最后总结展望了CO₂电驱动还原系统的发展。     

微生物降解木质素的研究进展

木质纤维是地球上最丰富的可再生生物质资源,其三大成分之一的纤维素是生产生物基材料、生物燃料及生物基化学品的重要原料,但是木质素复杂的化学结构阻碍了木质纤维的应用.常规木质素的物理、化学及物理-化学等降解方法常需要高温、高压条件,并且易产生抑制物、造成高能耗和环境污染等问题.微生物介导的生物催化过程通常在温和条件下进行,...     

对有机电合成的原理及应用

本文综述了国内外成对有机电合成的新研究进展,根据电解合成的方式即电解过程是否需要媒质的情况对成对有机电合成进行了新的分类,介绍了这二类有机成对电合成的原理和应用情况,并对它们的特点进行了评述。成对有机电合成的不断发展,为有机化合物的合成开辟了新的途径,并将推动绿色工业的进步,其应用将会有更广阔的前景。     

生物基阻燃剂阻燃聚乳酸的研究进展

针对生物基阻燃剂在绿色阻燃聚乳酸（PLA）领域的应用,简要介绍了生物基阻燃剂的阻燃改性技术,重点分析和综述了近5年含纤维素、木质素、壳聚糖、植酸、环糊精以及淀粉等生物基阻燃剂阻燃PLA的研究进展。最后,指出目前生物基阻燃剂应用和发展存在的问题,并对生物基阻燃剂在PLA阻燃领域发展的趋势进行了展望。     

生物基尼龙56的应用及改性研究进展

生物基尼龙56的开发和使用可减少石油资源的消耗,符合可持续战略发展的特点.综述了生物基尼龙56在汽车工程材料、染色印花和过滤膜等多方面领域的应用.总结了对生物基尼龙56进行力学性能改性和抗菌改性的研究进展.     

合成生物学方法改造电活性生物膜研究进展

电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA（extracellular DNA, eDNA）、菌毛等成分聚集，与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现，在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医疗等领域中具有至关重要的作用，是微生物电催化系统研究的核心之一。但自然状态下的电活性生物膜因厚度、结构稳定性、生物量等因素的限制，严重制约了电子传递效率。综述了近五年利用合成生物学改造电活性生物膜的研究进展，系统探讨了工程生物膜的构建、结构成分、导电性能以及应用，为将来进一步实现高效电催化奠定基础。     

基于中心损失的条件生成式对抗网络的冷水机组故障诊断

针对冷水机组产生的故障数据不足,数据集中正常数据和故障数据数量不平衡,进而导致故障诊断精度下降的问题,提出一种基于中心损失的条件生成式对抗网络(central loss conditional generative adversarial network,CLCGAN)和支持向量机(support vector machine,SVM)的故障诊断方法。首先,CLCGAN利用少量真实故障数据生成新的故障数据;然后,将生成的故障数据与初始数据集混合,使正常数据与故障数据的数量达到平衡;最后,利用平衡数据集构建SVM模型进行故障诊断。在GAN生成冷水机组故障数据时,构建动态中心损失项并加入到目标函数中,利用动态的中心损失减少冷水机组生成的各种故障数据的类内距离,从而降低各个故障生成数据之间的重叠程度,增加生成数据的可靠性。在生成故障数据之前配置相应的故障标签,并输入到CLCGAN中指导数据生成过程,使生成的故障数据可以均衡地分布于各个故障类别。在ASHRAE 1043-RP数据集上对所提方法进行了验证,结果表明,相较于其他解决数据不平衡问题的故障诊断方法,所提方法具有更高的故障诊断准确率。     

面向资源与环境的生物基化学品技术创新与展望

生物基化学品是以可再生的生物质为原料,以生物细胞或酶蛋白为催化剂合成的产品。由于摆脱了对化石原料的依赖,同时避免了石油基产品制备过程的高能耗高污染,为了资源和环境的绿色、可持续发展,以可再生的生物质资源为原料,以生物转化技术制备化学品是未来发展的主要趋势。本文对目前国内外生物基化学品研发及生产概况进行综述,预测生物基化学品制造业将朝着为原料多元化、生物转化过程高效化、产品高值化的方向发展,针对生物转化过程高效化的关键科学问题进行深入探讨,提出生物学科与其他学科交叉融合是生物基化学品制造技术未来的发展方向,包括生物技术自身融合、生物与化工技术融合及生物与过程控制技术融合。     

促进微生物胞外电子转移的纳米材料研究进展

胞外电子转移（EET）是产电微生物在代谢过程中将自身产生的电子转移到外部电子受体的过程，然而较缓慢的胞外电子转移速率显著影响了微生物燃料电池（MFCs）的产电性能，提高胞外电子转移的效率对推动微生物燃料电池的大规模应用具有重要意义。纳米材料具备优异的导电性、稳定性以及生物相容性，对改善阳极与产电微生物之间的电子传递速率具有重要作用。该文综述了胞外电子转移的主要路径，阐述了不同种类的纳米材料在促进胞外电子转移过程中的机理和其对应的MFCs产电性能，并展望了纳米材料强化微生物EET过程在微生物电化学技术利用方面的研究前景。