上海交通大学在生物炭的添加强化厌氧消化研究方面取得新进展学术资讯

来源：农环视界

近期，上海交通大学中英国际低碳学院张景新副教授团队在国际学术期刊Water Research、Applied Energy、Chemical Engineering Journal 等期刊上发表了系列文章，主要关于铁循环和导电材料在厌氧消化过程中的甲烷化作用机制及应用原理。其中，生物炭通过提高微量元素生物利用度和种间电子传递效率加强厌氧消化产气机理的研究工作以“Internal enhancement mechanism of biochar with graphene structure in anaerobic digestion: the bioavailability of trace elements and potential direct interspecies electron transfer”为题发表在期刊Chemical Engineering Journal 上。论文第一作者为上海交通大学中英国际低碳学院2019级硕士研究生亓秋娴，通讯作者为上海交通大学中英国际低碳学院副教授张景新。厌氧消化系统中导电碳材料潜在的DIET机制（Chemical Engineering Journal 406, 126833, 2021）向餐厨垃圾厌氧消化系统内添加生物炭可以提高厌氧消化系统的缓冲能力，促进种间的电子传递，促进挥发酸的降解，提高产甲烷菌活性，吸附氨氮等抑制因子，减少停滞期进而提高产甲烷速率。目前，添加生物炭已成为强化厌氧消化的主要措施之一，然而对生物炭强化厌氧消化过程的内在机理的研究仍然存在问题。此次发表的工作从微量元素的生物利用度和酶活性之间的关系，基于KEGG在甲烷代谢途径，研究了种间电子传递的潜在机制，揭示了具有石墨烯结构的生物炭的添加强化厌氧消化的内在机理。厌氧消化系统中的铁循环作用机制（Water Research 186, 116405, 2020）厌氧消化反应性能实验评估了400 °C和900 °C热解条件下生成的生物炭对厌氧消化性能的影响。添加了900 °C热解产生的生物炭的反应器中，甲烷含量从对照组的60%的抑制值增加到75%的理论值，甲烷产量增加到725ml/g VS/d。酶活性测试和宏基因组分析表明，随着微量元素生物利用度的提高，酶基因的丰度和酶活性同时增加，证明了生物炭通过提高微量元素的生物利用度来提高酶的活性，从而促进酶的合成。根据微生物群落分析和代谢途径分析，Pseudomonas和Methanosaeta参与了生物炭介导的种间电子传递，强化了二氧化碳还原的甲烷代谢途径。