【仪表网 仪表研发】世界人口、经济和城市化的迅速发展，不仅导致全球能源需求的增加，而且还造成了更多的空气和水资源污染。在众多能源中，氢气(H2)因其单位重量的能量含量高(142 kJ g-1或61,000 Btu lb-1)而成为未来理想的绿色燃料，过去从不可再生资源(化石燃料)中生产氢气对环境是不友好的。因此，必须探索H2产量更高的清洁技术，以满足全球碳排放达标的合理期望。微生物电解池(MECs)由电化学活性细菌从有机污染物中提取的电子(e-)被转移到正极(阳极)，而质子(H+)被释放到水溶液中。e-迁移到正极并随后与H+反应产生H2的清洁方法在处理棕榈油厂废水(POME)中得到关注。但这个过程需要外部能量-直流电(DC)或交流电(AC))来持续生产氢气，由于缺乏可靠的能源供应来源，MECs的性能随着时间的推移不断恶化，限制了它的进一步大规模应用。寻找一种合适的传统电源的替代方法来减少输入能量，由于其可扩展性而很有前途，从而引起了国内外研究人员的极大兴趣。
基于此中国科学院新疆理化技术研究分离材料与技术研究团队与马来西亚国立大学(UKM)研究团队合作，在前期的研究 (Int. J. Hydrogen Energy. 2022, 47, 15464-15479) 基础上建立了一个新型和可再生能源发电系统，以提高微生物电解池(MEC)处理棕榈油厂废水(POME)的效果，解决了MEC技术能源消耗问题。为了实现能源的可再生，科研人员将微型水力发电机(PHP)与单室的MECs结合起来，极大地提高了系统的电流密度(113 A/m3)和产氢速率(1.16 m3 H2/m3 d)。与此同时，棕榈油厂废水(POME)中有机物去除率达到73%，比单室MECs有机物的去除表现出更优的性能。相对高效的H2回收率(r H2=78%)和库仑效率(CE=57%)也证实了从POME有机物中去除高比例的电子以产生大于96%纯H2的可能性。MEC滋养了POME废水降解微生物群体，同时刺激了阳极生物膜中电活性微生物的生长，促使H2的快速生成。迄今为止PHP-MEC的整体H2回收率、COD去除率和能源效率都优于由其他外部可再生能源驱动的MECs。它在可持续处理含油废水方面有很大的潜力，为设计有效的生物策略从复杂的工业废水中回收能源提供理论基础和技术指导。
相关研究成果发表在《国际氢能杂志》(International Journal of Hydrogen Energy)上，新疆理化所为第一完成单位，马来西亚国立大学(UKM)为合作单位。分离材料与技术研究团队的阿卜杜克热木·喀迪尔助理研究员和硕士研究生宋东升为共同第一作者，阿卜杜克热木·喀迪尔助理研究员和马鹏程研究员为共同通讯作者。此项工作得到了中国科学院和马来西亚国立大学的共同支持。
实验装置示意图
PHP-MEC反应器的关键性能指标(电流密度和COD去除率)随时间的变化
MEC接种物和阳极生物膜中微生物的属级分类。<3%的总细菌群落被称为“其他”
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