西安建大云斯寧教授團隊Bioresource Technology：使用改性黑磷增強厭氧共消化系統中的甲烷產量

?研究背景：

厭氧發酵是一種利用有機廢棄生物質產甲烷的有效技術手段。研究表明：在厭氧發酵系統中引入促進劑可以有效地提升厭氧發酵系統的性能，而將微生物電解池與厭氧發酵促進劑耦合利用，可以更有效地提升厭氧發酵系統的產甲烷性能。

成果簡介：

近期，西安建筑科技大學云斯寧教授（通訊作者）“新能源材料”研究團隊在國際期刊Bioresource Technology（期刊縮寫Bioresour Technol）上在線發表了題為“Enhanced methane production in anaerobic co-digestion systems with modified black phosphorus (2023, 368, 128311)”的論文，報道了改性黑磷（MBP）作為促進劑增強微生物電解池（MEC）厭氧共發酵（AcoD）系統的甲烷生產性能。研究結果表明：MBP促進劑提升了蘆薈皮與牛糞共發酵MEC系統的性能。MEC_0.6MBP_0.03組的沼氣累積產量達到了387.6 mL/g VS；TCOD去除率達到了71.5%，均高于對照組（326.3 mL/g VS和55.5%）。此外，發酵系統產生的沼渣其營養含量達到了42.4-44.5 g/kg，水溶性磷含量達到了6.5-12.7 g/kg。

改性黑磷增強MEC提升AcoD性能的作用效果示意圖

圖文導讀：

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圖1?AcoD系統中的日沼氣產量（a-b）和累積沼氣產量（c-d）。MEC-AcoD系統中的日沼氣產量（e）和累積沼氣產量（f）。AcoD和MEC-AcoD系統中的甲烷的含量（g）和產量（h）。

圖2 AcoD和MEC-AcoD系統中的pH值（a-c）和TCOD去除率（d-e）。

圖3?AcoD和MEC-AcoD系統發酵沼渣樣品（CK、BP_0.09、MBP_0.03和MEC_0.6MBP_0.03）的TG圖（a）、DTG圖（b）、質量損失（c）和DSC圖（d）。

圖4 AcoD和MEC-AcoD系統發酵沼渣樣品的水溶性磷含量（a-c）和CK、BP_0.09、MBP_0.03和MEC_0.6MBP_0.03的總磷含量（d）。

圖5 BP和MBP的電子交換能力（a，b）和轉移電子數（c，d）。

圖6 MBP增強AcoD和MEC-AcoD系統發酵產甲烷性能的示意圖。

總結：這項工作采用改性黑磷增強微生物電解池厭氧共發酵產甲烷的性能。一方面，MBP促進劑可以為基質中的微生物和有機物提供容納場所，在微生物之間形成生物電連接，并在微生物之間建立細胞外電子連接。另一方面，MBP促進劑可以增強微生物代謝過程中的電子轉移，提高甲烷的產生和二氧化碳的還原。改性黑磷耦合微生物電解池增強產甲烷的策略為改善生物電化學系統和開發高性能促進劑提供了理論基礎和技術支持。

文獻鏈接：Jinhang An, Sining Yun*, Wei Wang, Kaijun Wang, Teng Ke, Jiayu Liu, Lijianan Liu, Yangyang Gao, Xiaoxue Zhang. Enhanced methane production in anaerobic co-digestion systems with modified black phosphorus. Bioresource Technology, 2023, 368, 128311.

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128311

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852422016443#f0005

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作者簡介：

通訊作者-云斯寧，西安建筑科技大學，二級教授，博士生導師，陜西省中青年科技創新領軍人才，陜西省“特支計劃”科技創新領軍人才，陜西省重點科技創新團隊帶頭人，陜西省高等學校學科創新基地負責人，西安建筑科技大學領軍教授團隊負責人。入選2022年全球學者庫“全球頂尖前10萬科學家”榜單，在材料科學領域國內入選的2666名學者中，排名776。入選材料科學與能源領域2022年“全球前2%頂尖科學家”榜單。2006年11月畢業于西安交通大學，獲博士學位，此后分別在韓國延世大學、美國斯坦福大學、美國加州大學、美國勞倫斯伯克利國家實驗室、英國里丁大學、瑞士洛桑聯邦理工學院等訪問、交流與學習。目前主要從事新能源材料高效和資源化利用研究，如新一代太陽能電池、燃料電池、超級電容器、生物催化、制氫、多能互補等。在Chem Sov Rev, Prog Polym Sci, Energy Environ Sci, Electrochem Energy Rev, Adv Mater, Adv Energy Mater, ACS Energy Lett, Appl Catal B-Environ, Nano Energy, Angew Chem Int Edit, Renew Sust Energy Rev, J Mater Chem A, Chem Eng J, Small, Materials Today系列等國際期刊發表論文170余篇(IF>10的論文70余篇)，H-因子46，先后有18篇論文入選ESI熱點/高被引論文；主編/參編中、英文專著/教材9部；擁有26項國家授權專利技術。2016年獲“Wiley材料學高峰論壇-西安”Highly-cited Author Award。2017年獲中國國際光伏大會Best Presentation Award獎。先后擔任國際期刊International Journal of Hydrogen Energy(IF=7.139)和Renewable & Sustainable Energy Reviews (IF=14.982)客座編輯（Guest Editor）; Frontiers in Materials(IF=3.985)和Frontiers in Chemistry(IF=5.545)主題編輯（Topic Editor）。目前擔任Nano Energy Systems, International Journal of Green Energy, Oxford Open Energy等編委；擔任國際期刊Energy Materials副主編；120余種主要國際SCI學術期刊的特邀審稿和仲裁專家。

更多詳情，請訪問課題組網頁。

http://xy.xauat.edu.cn/gnclyjs/listyjsgk.asp?id=262&bh=2080

https://www.x-mol.com/groups/Sining_Yun