从土豆加工废水中生产生物,使用带有Ru和Pd涂层石墨阴极的双室微生物电解电池

科学领域:

• 环境科学 环境科学
• 生物技术是生物技术.
• 电化学 电化学 电化学

背景情况:

• 微生物电解细胞 (MEC) 提供了从废物流中生产生物的潜力.
• 提高MEC的能源效率对于其实际应用至关重要.
• 马加工废水为生物生成提供了可行的基质.

研究的目的:

• 评估不同阴极材料 (石墨,涂涂石墨,涂涂石墨) 在双室MEC用于生物生产的有效性.
• 优化应用电压,以提高演变速率 (HER) 和能源效率 (ηe).
• 分析使用涂层阴极的微生物群体和经济可行性.

主要方法:

• 使用带有石墨的双室MEC,涂Ru的石墨和涂Pd的石墨阴极.
• 测试了各种应用电压,以确定生物生产的最佳条件.
• 使用SEM和XRD来表征电极表面形态.
• 通过下一代测序分析阳极生物膜微生物群落.
• 开发了一个人工神经网络 (ANN) 模型用于性能模拟.
• 进行了技术经济分析 (TEA),以评估回报期.

主要成果:

• 涂Ru的阴极反应器在1.0V时实现了最高的HER (0.43 LH2 L−1d−1) 和能量效率 (106%).
• 与未涂层石墨相比,Ru涂层提高了HER的81%, ηe的33%.
• 安恩模型 (R2 = 0.9432) 验证了Ru涂层阴极的高性能.
• Pd和Ru涂料分别减少了约36%和34%的回报期.

结论:

• 涂的石墨阴极显著提高了MECs中的生物生产效率.
• 优化的电压和阴极材料选择是最大限度地提高HER和能量回收的关键.
• 涂层阴极提高了经济可行性,缩短了废物转化能源系统的回报期.