氮掺杂催化改性电极在校园源产电微生物驱动MFCs中增强铜离子吸附的研究

本文推荐：该研究通过校园土壤分离出4株产电菌株（E-1/E-2/E-3为芽孢杆菌属；E-4为肺炎克雷伯菌），开发了氮掺杂碳布电极（N-C）和催化改性电极（C-C），显著提升了微生物燃料电池（MFC）对Cu2+的吸附性能。研究优化了电极制备参数（N-C最佳条件：9.26 g/L三聚氰胺、737.2℃煅烧；C-C最佳条件：0.103 g Pt/C、234.6℃固定），使电极比表面积提升7-16倍，为重金属废水处理提供了绿色解决方案。

　　

Highlight

本研究成功从校园土壤中分离出四株产电菌株（E-1/E-2/E-3：芽孢杆菌属；E-4：肺炎克雷伯菌），并开发了改性碳布电极（N-C/C-C）以增强MFC性能。主要成果包括：

• 优化后的N-C电极（3.89 F/g）采用9.26 g/L三聚氰胺、94.5分钟浸泡和737.2℃煅烧制备；

• C-C电极（5.42 F/g）采用0.068 g PVDF、0.103 g Pt/C和234.6℃固定制备，比表面积提升7-16倍并改善亲水性。

Materials

实验材料：铂碳（Pt/C）催化剂购自苏州圣尔诺科技；聚偏氟乙烯（PVDF）购自东莞双福塑料原料公司；碳布购自台湾碳能科技；牛肉膏、蛋白胨等生物试剂购自北京奥博星生物技术；其他化学试剂包括氯化钠、尿素、三聚氰胺等购自天津新博特化学。

Microbial identification

微生物鉴定：如图1a所示MFC装置，成功运行后阳极碳布表面形成生物膜结构（图1b）。这归因于产电微生物的电子转移特性，这些微生物通过分解有机物产生电子并需要及时排出。大多数电活性微生物属于变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes），与本研究的芽孢杆菌（Bacillus spp.）和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）发现一致。

Conclusion

结论：本研究通过电极改性和微生物筛选，构建了高效Cu²⁺吸附的MFC系统。优化电极显著提升了电容性能（N-C：3.89 F/g；C-C：5.42 F/g），为重金属废水处理提供了兼具能源回收和污染治理的新型解决方案。