西安建大云斯宁教授团队Bioresource Technology：使用改性黑磷增强厌氧共消化系统中的甲烷产量

 研究背景：

厌氧发酵是一种利用有机废弃生物质产甲烷的有效技术手段。研究表明：在厌氧发酵系统中引入促进剂可以有效地提升厌氧发酵系统的性能，而将微生物电解池与厌氧发酵促进剂耦合利用，可以更有效地提升厌氧发酵系统的产甲烷性能。

成果简介：

近期，西安建筑科技大学云斯宁教授（通讯作者）“新能源材料”研究团队在国际期刊Bioresource Technology（期刊缩写Bioresour Technol）上在线发表了题为“Enhanced methane production in anaerobic co-digestion systems with modified black phosphorus (2023, 368, 128311)”的论文，报道了改性黑磷（MBP）作为促进剂增强微生物电解池（MEC）厌氧共发酵（AcoD）系统的甲烷生产性能。研究结果表明：MBP促进剂提升了芦荟皮与牛粪共发酵MEC系统的性能。MEC_0.6MBP_0.03组的沼气累积产量达到了387.6 mL/g VS；TCOD去除率达到了71.5%，均高于对照组（326.3 mL/g VS和55.5%）。此外，发酵系统产生的沼渣其营养含量达到了42.4-44.5 g/kg，水溶性磷含量达到了6.5-12.7 g/kg。

改性黑磷增强MEC提升AcoD性能的作用效果示意图

图文导读：

图1 AcoD系统中的日沼气产量（a-b）和累积沼气产量（c-d）。MEC-AcoD系统中的日沼气产量（e）和累积沼气产量（f）。AcoD和MEC-AcoD系统中的甲烷的含量（g）和产量（h）。

图2 AcoD和MEC-AcoD系统中的pH值（a-c）和TCOD去除率（d-e）。

图3 AcoD和MEC-AcoD系统发酵沼渣样品（CK、BP_0.09、MBP_0.03和MEC_0.6MBP_0.03）的TG图（a）、DTG图（b）、质量损失（c）和DSC图（d）。

图4 AcoD和MEC-AcoD系统发酵沼渣样品的水溶性磷含量（a-c）和CK、BP_0.09、MBP_0.03和MEC_0.6MBP_0.03的总磷含量（d）。

图5 BP和MBP的电子交换能力（a，b）和转移电子数（c，d）。

图6 MBP增强AcoD和MEC-AcoD系统发酵产甲烷性能的示意图。

总结：这项工作采用改性黑磷增强微生物电解池厌氧共发酵产甲烷的性能。一方面，MBP促进剂可以为基质中的微生物和有机物提供容纳场所，在微生物之间形成生物电连接，并在微生物之间建立细胞外电子连接。另一方面，MBP促进剂可以增强微生物代谢过程中的电子转移，提高甲烷的产生和二氧化碳的还原。改性黑磷耦合微生物电解池增强产甲烷的策略为改善生物电化学系统和开发高性能促进剂提供了理论基础和技术支持。

文献链接：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

作者简介：

通讯作者-云斯宁，西安建筑科技大学，二级教授，博士生导师，陕西省中青年科技创新领军人才，陕西省“特支计划”科技创新领军人才，陕西省重点科技创新团队带头人，陕西省高等学校学科创新基地负责人，西安建筑科技大学领军教授团队负责人。入选2022年全球学者库“全球顶尖前10万科学家”榜单，在材料科学领域国内入选的2666名学者中，排名776。入选材料科学与能源领域2022年“全球前2%顶尖科学家”榜单。2006年11月毕业于西安交通大学，获博士学位，此后分别在韩国延世大学、美国斯坦福大学、美国加州大学、美国劳伦斯伯克利国家实验室、英国里丁大学、瑞士洛桑联邦理工学院等访问、交流与学习。目前主要从事新能源材料高效和资源化利用研究，如新一代太阳能电池、燃料电池、超级电容器、生物催化、制氢、多能互补等。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系列等国际期刊发表论文170余篇(IF>10的论文70余篇)，H-因子46，先后有18篇论文入选ESI热点/高被引论文；主编/参编中、英文专著/教材9部；拥有26项国家授权专利技术。2016年获“Wiley材料学高峰论坛-西安”Highly-cited Author Award。2017年获中国国际光伏大会Best Presentation Award奖。先后担任国际期刊International Journal of Hydrogen Energy(IF=7.139)和Renewable & Sustainable Energy Reviews (IF=14.982)客座编辑（Guest Editor）; Frontiers in Materials(IF=3.985)和Frontiers in Chemistry(IF=5.545)主题编辑（Topic Editor）。目前担任Nano Energy Systems, International Journal of Green Energy, Oxford Open Energy等编委；担任国际期刊Energy Materials副主编；120余种主要国际SCI学术期刊的特邀审稿和仲裁专家。

更多详情，请访问课题组网页。

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

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