将植物油工业废料转化为电能创新的电极修饰改进了废水的生物电化学处理
近年来，人们越来越关注利用微生物同时处理废水和生产可再生生物电。微生物燃料电池(MFC)技术可以利用细菌作为催化剂，将废水中有机物中储存的化学能转化为电能。伊朗的研究人员一直在研究修改电极如何提高这项技术的性能。
在这项于 2023 年 3 月 14 日发表在SCI 化学技术与生物技术杂志上的研究中，研究人员开发了一种新型且具有成本效益的阳极催化剂 (TiO2-HX@MWCNT-COOH-Al2O3)，可以提高和稳定发电性能MFCs 处理植物油工业废水的研究。
阳极材料的选择是决定 MFC 效率和成本效益的关键，因为它是细菌生长和形成生物膜的场所。伊朗哈马丹医科大学的 Hossein Jafari Mansoorian 博士在接受 SCI 采访时解释说：
'电极设计是使 MFC 成为具有成本效益和可扩展技术的最大挑战。MFCs 的阳极 […] 在电活性细菌和固体电极表面之间的细胞外电子转移中起着至关重要的作用。在这方面，开发一种在阳极表面和微生物之间具有协同效应的新型阳极材料至关重要。
Mansoorian 博士指出，理想的阳极应具备以下特性：
良好的导电性可加快电子传输速率
优异的生物相容性，对微生物的生物毒性低
更高的比表面积以提供更多的微生物附着和催化活性位点
化学稳定性和抗腐蚀性能
灵活性和耐用性
经济成本低，便于商业应用。
'为了改善细菌粘附和细菌与电极表面之间的有效电子转移，应对电极进行改性并增加其表面积，以通过分解废水中的有机化合物来确保有效的电流收集和发电量[...]基于这项研究的结果表明，这种复合材料的 TiO2-HX@MWCNT-COOH-Al2O3 结构是修饰阳极电极并大大提高电活性的合适候选者。
该团队还研究了阴极的改性，以确定一种具有成本效益的铂替代品。用源自竹科(一种竹子植物)的粉末状活性炭 (PAC) 改性的碳毡被发现是有效的。
这项研究的结果是不断努力提高 MFC 性能的最新成果。Mansoorian 博士指出，近年来“在 MFC 的功率输出方面取得了巨大突破，从几 mW·cm -2或 mW·cm -3到几 W·cm -2或 W·cm -3，改进了由于研究人员的不断努力，三个数量级。
随着全球能源需求的增加和化石燃料集中度的降低，人们开始关注新能源。能源生产、储存和消耗是现代研究领域中日益流行的话题，具有全球性的兴趣和重要性。近年来，化石燃料，尤其是石油和天然气的使用加速，这正在引发全球能源危机。Mansoorian 博士解释说，可再生生物能源被视为缓解当前全球变暖危机的方法之一。
植物油行业产生的大量废水意味着传统废水处理的高能量需求是不可持续的。Mansoorian 博士指出：“由于传统的废水处理有各种局限性，因此 MFC 的可持续实施可能是废水处理以及绿色电力生产、生物制氢、碳封存和环境可持续污水处理方面的可行选择。”
当被问及 MFC 的可扩展性时，Mansoorian 博士解释说：“虽然在 MFC 研究中已经获得了一些基础知识，但在 MFC 技术的大规模应用方面仍有很多东西需要学习。”
“要使 MFC 成为废水处理的可行选择，它们需要扩大规模以容纳大量进入的废水，这已被证明具有挑战性，原因有几个，包括最小化阳极和阴极之间的距离以减少电能损失和成本-与其他处理技术竞争。
“所用的材料很昂贵，包括用于分隔电极的膜(容易结垢)，以及用于产生足够能量的催化剂。最后，在获得优异的阳极电极后，有必要检查它们在实际废水处理中的长期性能，以研究它们的稳定性、耐久性、机械性能和二次污染影响。
尽管如此，Mansoorian 博士指出，“MFC 无疑在废水处理过程中的能量回收方面具有潜力，在独立电源和直接处理废水方面占据了市场利基”。
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