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新疆理化所等在廢水及可持續(xù)產(chǎn)氫方面獲進(jìn)展
文章來源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2022-10-20 13:56:40
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世界人口、經(jīng)濟(jì)和城市化的迅速發(fā)展，導(dǎo)致全球能源需求的增加，并造成了更多的空氣和水資源污染。在眾多能源中，氫氣（H2）因單位重量的能量含量高（142 kJ g-1或61,000 Btu lb-1）而成為未來理想的綠色燃料，而過去從不可再生資源（化石燃料）中生產(chǎn)氫氣對(duì)環(huán)境是不友好的。因此，亟需探索H2產(chǎn)量更高的清潔技術(shù)，以滿足全球碳排放達(dá)標(biāo)的合理期望。微生物電解池（MECs）由電化學(xué)活性細(xì)菌從有機(jī)污染物中提取的電子（e-）被轉(zhuǎn)移到正極（陽極），而質(zhì)子（H+）被釋放到水溶液中。e-遷移到正極并隨后與H+反應(yīng)產(chǎn)生H2的清潔方法在處理棕櫚油廠廢水（POME）中得到關(guān)注。然而，這一過程需要外部能量-直流電（DC）或交流電（AC）來持續(xù)生產(chǎn)氫氣。由于缺乏可靠的能源供應(yīng)來源，MECs的性能隨著時(shí)間的推移不斷惡化，進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用受限。尋找合適的傳統(tǒng)電源的替代方法來減少輸入能量，同時(shí)因其可擴(kuò)展性而頗具前景，從而引起國內(nèi)外研究人員的興趣。
中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究分離材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)與馬來西亞國立大學(xué)合作，在前期研究（Int. J. Hydrogen Energy. 2022, 47, 15464-15479）的基礎(chǔ)上建立了新型與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，以提高微生物電解池（MEC）處理棕櫚油廠廢水（POME）的效果，解決了MEC技術(shù)能源消耗問題。為了實(shí)現(xiàn)能源的可再生，科研人員將微型水力發(fā)電機(jī)（PHP）與單室的MECs結(jié)合，提高了系統(tǒng)的電流密度（113 A/m3）和產(chǎn)氫速率（1.16 m3 H2/m3 d）。同時(shí)，棕櫚油廠廢水（POME）中有機(jī)物去除率達(dá)到73%，比單室MECs有機(jī)物的去除表現(xiàn)出更優(yōu)的性能。相對(duì)高效的H2回收率（r H2=78%）和庫侖效率（CE=57%）證實(shí)了從POME有機(jī)物中去除高比例的電子以產(chǎn)生大于96%純H2的可能性。MEC滋養(yǎng)了POME廢水降解微生物群體，并刺激了陽極生物膜中電活性微生物的生長(zhǎng)，促使H2的快速生成。迄今為止，PHP-MEC的整體H2回收率、COD去除率和能源效率，均優(yōu)于由其他外部可再生能源驅(qū)動(dòng)的MECs。它在可持續(xù)處理含油廢水方面頗具潛力，為設(shè)計(jì)有效的生物策略從復(fù)雜的工業(yè)廢水中回收能源提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。 相關(guān)研究成果發(fā)表在《國際氫能雜志》（International Journal of Hydrogen Energy）上。研究工作得到中科院和馬來西亞國立大學(xué)的支持。
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