纺织品废料升级回收为微生物燃料电池空气阴极及其能量回收研究

《Environmental Research》：Textile Waste Upcycling into Air-cathode for Microbial Fuel Cell with Energy Recovery

本文创新性地将热解获得的纺织品衍生炭（亚麻、牛仔、毛衣）用作单室空气阴极微生物燃料电池（MFC）的阴极催化剂，不仅实现了高效氧还原反应（ORR）和电能输出（功率密度显著高于炭黑对照），还同步回收了高热值热解气/油（≥4.13 MJ/kgtextile），为纺织品废物的可持续资源化提供了兼具废物处理与能量回收的双重效益新策略。

　　

Section snippets

Preparation of textile-derived char and pyrolysate analysis

三种类型的纺织废料——亚麻、牛仔布和毛衣面料——被选作制备炭的碳前体（图 S1）。每种材料都被剪成小块（尺寸：宽2厘米，高5厘米），并在氮气氛围下（流速：100 mL/min；纯度：超高纯级）进行热解。纺织品样品首先在连续N₂气流下于400°C碳化2小时（升温速率：2.5°C min^?1）以获得粗炭。冷却至室温后，粗炭被...

Pyrolysis of textile waste

来自各种纺织废料的液体和气体热解产物的产率通常显示出小于5%的差异（Yousef et al., 2019）。本研究的主要目的并非对所有纺织品类型的热解产物分布进行全面分析，而是开发源自纺织炭的成本效益高、高性能且可持续的阴极催化剂。在可持续性部分（第3.5节），提出了一种可持续升级回收策略...

Conclusions

本研究表明，纺织品衍生炭是用于单室MFC的可持续且有效的阴极催化剂。来自毛衣和牛仔布面料的炭，具有高氮含量和优异的表面特性，增强了氧还原反应（ORR）性能和电子回收率。电化学测试显示，与炭黑相比，电流密度和功率输出显著提高。基于纺织炭的阴极还减少了生物污染，这由较低的蛋白质积累和适宜的...

CRediT authorship contribution statement

Yeonju Jeong: 撰写 – 初稿，验证，方法论，研究，形式分析。 Sam Yeol Lim: 撰写 – 初稿，验证，研究。 Jechan Lee: 撰写 – 审阅和编辑，监督，资金获取。 Gahyun Baek: 撰写 – 审阅和编辑，监督，资金获取，概念化。

Declaration of Competing Interest

?? 作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本报告的工作。

Acknowledgements

这项工作得到了韩国国家研究基金会（NRF）由韩国政府（MSIT）资助的赠款支持（编号 RS-2025-02253004 和 RS-2023-00243170）。图形摘要部分使用BioRender制备。