羧基改性阴极对微生物电合成系统产乙酸性能的影响机制

微生物电合成系统(microbial electrosynthesis systems,MESs)可利用微生物将二氧化碳转化为有价化合物,有望实现温室气体的资源化利用,然而,其合成效率仍需进一步提高.本研究通过电化学还原重氮盐反应将特定的官能团—COOH接枝到碳布电极表面,探究改性阴极对于MESs性能的影响.结果发现,经—COOH改性的阴极材料亲水性显著提高,而循环伏安扫描电流变弱.MESs在启动阶段性能差异最大,运行48 h,改性组CA-H、CA-M、CA-L的产氢速率是CK的21.45、28.60和22.75倍;运行120 h,CA-H、CA-M和CA-L的乙酸累积浓度是CK的2.01、2.43和1.44倍.MESs运行324 h后,各阴极的电化学活性无明显差异,生物膜蛋白量无明显差异(～0.47 mg·cm-2).阴极生物膜的群落结构分析发现,属水平上由Acetobacterium、norank_p_Saccharibacteria和Thioclava占据主导,总相对丰度占到59.6％到82.1％;各阴极之间产乙酸功能菌Acetobacterium的相对丰度差别不大(31.3％ ～40.1％),而消耗乙酸的norank_p_Saccharibacteria属在CA-H、CA-M、CA-L和CK的相对丰度分别为:16.1％、24.6％、31.1％和37.5％.羧基改性阴极对MESs的启动阶段影响较大,可为MESs的快速启动提供新的思路.