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期刊论文 8

会议视频 1

年份

2023 3

2022 4

2021 2

关键词

CO2利用 1

产乙酸菌 1

亲/疏水界面修饰 1

宏转录组 1

微反应器 1

微生物电化学 1

微生物电化学技术 1

流动化学 1

生物阴极 1

电化学 1

电发酵 1

电合成 1

电活性微生物 1

电芬顿 1

碳链延长 1

绿色化工 1

胞外电子传递 1

过氧化氢 1

难降解有机物 1

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Electricity-driven ammonia oxidation and acetate production in microbial electrosynthesis systems

《环境科学与工程前沿(英文)》 2022年 第16卷 第4期 doi: 10.1007/s11783-021-1476-5

摘要:

• MES was constructed for simultaneous ammonia removal and acetate production.

关键词: Biocathode     Carbon dioxide     Electrochemical oxidation     Graphite anode     Boron-doped diamond    

电化学微反应技术的工程研究进展——一种新型有机化合物电合成方法 Review

郑思源, 闫俊妤, 王凯

《工程(英文)》 2021年 第7卷 第1期   页码 22-32 doi: 10.1016/j.eng.2020.06.025

摘要:

电化学方法环境友好,在有机化学合成中具有独特的优势。然而,传统的电化学反应器存在复杂的传递问题,限制了电化学方法的应用。近年来,微反应技术在电合成研究中的应用缩短了离子的传递距离并增加了电极的比表面积,从而促成了高效、连续且易于规模化的电合成技术。本文从过程强化的角度讨论了在电合成中使用微通道的工程优势,分析了最近报道的电化学微反应器中的流型和传质行为,并列举了反应器放大的典型例子。作为一个相对较新的研究领域,在微反应器中进行电合成的许多科学规则和工程特征都有待研究。因此本文提出了潜在的研究重点,认为其对新型电合成技术的发展至关重要。

关键词: 电化学     电合成     微反应器     流动化学    

triazine-based frameworks with excellent biocompatibility for conversion of CO in H-mediated microbial electrosynthesis

《化学科学与工程前沿(英文)》 2022年 第16卷 第12期   页码 1761-1771 doi: 10.1007/s11705-022-2195-6

摘要: Microbial electrosynthesis is a promising alternative to directly convert CO2 into long-chain compounds by coupling inorganic electrocatalysis with biosynthetic systems. However, problems arose that the conventional electrocatalysts for hydrogen evolution may produce extensive by-products of reactive oxygen species and cause severe metal leaching, both of which induce strong toxicity toward microorganisms. Moreover, poor stability of electrocatalysts cannot be qualified for long-term operation. These problems may result in poor biocompatibility between electrocatalysts and microorganisms. To solve the bottleneck problem, Co anchored on porphyrinic triazine-based frameworks was synthesized as the electrocatalyst for hydrogen evolution and further coupled with Cupriavidus necator H16. It showed high selectivity for a four-electron pathway of oxygen reduction reaction and low production of reactive oxygen species, owing to the synergistic effect of Co–Nx modulating the charge distribution and adsorption energy of intermediates. Additionally, low metal leaching and excellent stability were observed, which may be attributed to low content of Co and the stabilizing effect of metalloporphyrins. Hence, the electrocatalyst exhibited excellent biocompatibility. Finally, the microbial electrosynthesis system equipped with the electrocatalyst successfully converted CO2 to poly-β-hydroxybutyrate. This work drew up a novel strategy for enhancing the biocompatibility of electrocatalysts in microbial electrosynthesis system.

关键词: microbial electrosynthesis     hydrogen evolution reaction     metalloporphyrins     biocompatibility     CO2 conversion    

Electrolytic cell engineering and device optimization for electrosynthesis of e-biofuels via co-valorisation

Faraz Montazersadgh, Hao Zhang, Anas Alkayal, Benjamin Buckley, Ben W. Kolosz, Bing Xu, Jin Xuan

《化学科学与工程前沿(英文)》 2021年 第15卷 第1期   页码 208-219 doi: 10.1007/s11705-020-1945-6

摘要: Utilizing CO in an electro-chemical process and synthesizing value-added chemicals are amongst the few viable and scalable pathways in carbon capture and utilization technologies. CO electro-reduction is also counted as one of the main options entailing less fossil fuel consumption and as a future electrical energy storage strategy. The current study aims at developing a new electrochemical platform to produce low-carbon e-biofuel through multifunctional electrosynthesis and integrated co-valorisation of biomass feedstocks with captured CO . In this approach, CO is reduced at the cathode to produce drop-in fuels (e.g., methanol) while value-added chemicals (e.g., selective oxidation of alcohols, aldehydes, carboxylic acids and amines/amides) are produced at the anode. In this work, a numerical model of a continuous-flow design considering various anodic and cathodic reactions was built to determine the most techno-economically feasible configurations from the aspects of energy efficiency, environment impact and economical values. The reactor design was then optimized via parametric analysis.

关键词: electrosynthesis     e-biofuels     CO2 utilization     computational model    

Scale up of reactors for carbon dioxide reduction

《化学科学与工程前沿(英文)》 2023年 第17卷 第1期   页码 116-122 doi: 10.1007/s11705-022-2178-7

摘要: In recent times there has been a great deal of interest in the conversion of carbon dioxide into more useful chemical compounds. On the other hand, the translation of these developments in electrochemical reduction of carbon dioxide from the laboratory bench to practical scale remains an underexplored topic. Here we examine some of the major challenges, demonstrating some promising strategies towards such scale-up, including increased electrode area and stacking of electrode pairs in different configurations. We observed that increasing the electrode area from 1 to 10 cm2 led to only a 4% drop in current density, with similarly small penalties realised when stacking sub-cells together.

关键词: CO2 reduction     electrochemical cell     electrosynthesis     upscaling    

微生物电合成中链脂肪酸 Article

褚娜, 郝雯, 吴清莲, 梁勤军, 蒋永, 梁鹏, 任智勇, 曾建雄

《工程(英文)》 2022年 第16卷 第9期   页码 141-153 doi: 10.1016/j.eng.2021.03.025

摘要:

微生物电合成(MES)使用微生物催化剂和电化学手段促进CO2生物转化,也应用于有机废物生物炼制。本文总结了MES 利用CO2 和有机废物产中链脂肪酸(MCFA)的研究现状与发展趋势,对传统发酵产MCFA的基本原理和研究进展进行了归纳。首先,概述了MES产MCFA的相关报道,重点介绍了多电子供体(ED)策略。其次,讨论了MES利用CO2产MCFA面临的挑战,并针对产甲烷抑制、产乙酸菌三磷酸腺苷(ATP)限制、产有机溶剂阶段提供ED有限进行了详细阐述。再次,分析了电化学手段促进有机废物生物炼制产MCFA的潜力。最后,从多级反应、底物供应、产物提取、微生物代谢路径等角度展望了未来发展方向。

关键词: 电发酵     微生物电化学     产乙酸菌     碳链延长     电活性微生物    

流动电极微生物电合成提高产物生成速率及降低能量消耗 Article

褚娜, 王东麟, 王厚锋, 梁勤军, 常佳丽, 高瑜, 蒋永, 曾建雄

《工程(英文)》 2023年 第25卷 第6期   页码 157-167 doi: 10.1016/j.eng.2021.09.015

摘要:

微生物电合成(microbial electrosynthesis, MES)利用可再生电力驱动微生物固定CO2合成化学品,在推进碳循环经济中具有一定潜力,受到广泛关注。

关键词: CO2利用     生物阴极     宏转录组     微生物电化学技术     胞外电子传递    

H2O2的高效电合成及其电Fenton在难降解有机物降解中的应用 Article

李磊, 白晶, 江盼宇, 张岩, 周廷生, 王嘉琛, 周昌辉, 李金花, 周保学

《工程(英文)》 2023年 第30卷 第11期   页码 131-143 doi: 10.1016/j.eng.2023.02.005

摘要:

O2还原反应原位电合成H2O2的利用为难降解废水的传统芬顿处理提供了一种有前景的替代方案。然而,氧气传质效率低、阴极催化剂选择性差以及电子传递动力学缓慢仍然是其主要的工程障碍。在此,我们基于新型ZrO2/CMK-3/PTFE阴极的制备,提出了一种系统解决方案,旨在高效电合成H2O2并将其应用于电芬顿降解难降解有机物。采用聚四氟乙烯作为疏水改性剂以增强电极的O2传质,采用ZrO2对电极进行亲水改性以增强O2还原的选择性及电子传递,采用介孔碳CMK-3作为催化剂基底以提供催化活性位点。此外,还设计了一O2扩散室,以强化O2从疏水层向亲水层与反应界面的接触。研究结果表明,与相同条件下的传统气体扩散阴极相比,所制备的ZrO2/CMK-3/PTFE阴极的H2O2产率提高了约7.56倍。在−1.3 V vs. SHE(对应的电流密度为−252 mA·cm−2),H2O2的产率和法拉第效率分别高达125.98 mg·cm−2·h−1 (5674.04 mmol·g−1·h−1)和78.24%。高的H2O2产率确保了系统中充足的•OH产生,进而实现了优异的电芬顿性能,使难降解有机物的降解效率超过96%。这项研究基于原位高效电合成H2O2,为利用电芬顿技术高效处理难降解废水提供了一种新颖的工程解决方案。

关键词: 过氧化氢     亲/疏水界面修饰     电芬顿     难降解有机物    

标题 作者 时间 类型 操作

Electricity-driven ammonia oxidation and acetate production in microbial electrosynthesis systems

期刊论文

电化学微反应技术的工程研究进展——一种新型有机化合物电合成方法

郑思源, 闫俊妤, 王凯

期刊论文

triazine-based frameworks with excellent biocompatibility for conversion of CO in H-mediated microbial electrosynthesis

期刊论文

Electrolytic cell engineering and device optimization for electrosynthesis of e-biofuels via co-valorisation

Faraz Montazersadgh, Hao Zhang, Anas Alkayal, Benjamin Buckley, Ben W. Kolosz, Bing Xu, Jin Xuan

期刊论文

Scale up of reactors for carbon dioxide reduction

期刊论文

微生物电合成中链脂肪酸

褚娜, 郝雯, 吴清莲, 梁勤军, 蒋永, 梁鹏, 任智勇, 曾建雄

期刊论文

流动电极微生物电合成提高产物生成速率及降低能量消耗

褚娜, 王东麟, 王厚锋, 梁勤军, 常佳丽, 高瑜, 蒋永, 曾建雄

期刊论文

王凯:秋兰姆类化合物的微反应器绿色电合成(2022年4月16日)

2022年06月09日

会议视频

H2O2的高效电合成及其电Fenton在难降解有机物降解中的应用

李磊, 白晶, 江盼宇, 张岩, 周廷生, 王嘉琛, 周昌辉, 李金花, 周保学

期刊论文