微生物电合成系统还原二氧化碳产甲烷的电势依赖性

二氧化碳(CO_2)资源化利用是近年来的一个研究热点,利用生物电化学系统还原CO_2生产能源物质是一种新兴技术.在微生物电合成系统(MES)中利用混合微生物富集阴极功能微生物,评估阴极电势对其还原CO_2产甲烷的影响.当阴极电势从-0.70 V降低到-0.90 V vs Ag/Ag Cl时,MES产甲烷的量和速率都在增加,最大的产甲烷量和速率分别达到了0.265 mol/m~2和0.025 mmol/h.与此同时,MES的电流密度从0.002 A/m~2增加到0.18 A/m~2,阴极产甲烷的库伦效率在49%和90%之间.当阴极电势更负时,MES阴极几乎不产甲烷.扫描电镜分析(SEM)表明,有多种不同形态的微生物吸附在阴极碳毡上,它们的形态主要呈杆状和球状.16S r DNA测序分析表明Methanobacterium是MES阴极生物膜上优势的产甲烷菌.本研究表明,微生物电合成系统还原CO_2产甲烷的阴极电势必须控制在适当的范围内,才能高效地还原CO_2产甲烷.