氮掺杂碳纳米管强化微生物电解池降解混合VOCs：性能提升、电子传递机制与微生物协同作用

《Bioresource Technology》：Nitrogen-doped carbon nanotubes enhance microbial electrolysis cell for the degradation of mixed VOCs: performance, electron transfer, and microbial cooperation

本研究构建了原位合成氮掺杂碳纳米管修饰碳布（N-CNTs/CC）电极的微生物电解池（MEC），显著增强了挥发性有机物（VOCs）的降解效能。N-CNTs将生物能电荷转移阻抗降低21.68%，其三维导电网络与电活性微生物协同，促进了细胞色素介导的直接电子传递和黄素介导的间接电子传递。该系统对甲基丙烯酸甲酯（MMA）的6小时去除率达100%，较碳布电极提升30.63%。研究明确了混合污染物中MMA的降解抑制效应及假单胞菌属等功能菌的富集机制，为优化电极策略推进节能型废物处理技术提供了理论依据。

　　

Section snippets

Reactor configuration

本实验采用单室反应器，总容积150 mL，工作容积100 mL。反应器顶部用聚四氟乙烯盖密封。以N-CNTs/CC（2 cm × 2 cm）和铂片（2 cm × 2 cm）分别作为阳极和阴极。N-CNTs/CC电极的制备方法详见文本S1。本研究选择驯化微生物群落作为MEC反应器的接种源。

Degradation of single-component VOCs

图1a展示了不同运行模式下CC生物阳极和N-CNTs/CC生物阳极对MMA的去除效果。在开路状态下运行6小时后，CC和N-CNTs/CC非生物阳极对MMA的去除率分别为9.85%和10.63，这主要归因于电极吸附作用。接种微生物后，CC生物阳极和N-CNTs/CC生物阳极的降解率分别提升至16.62%和37.52%。附着在阳极上的微生物菌落通过代谢作用降解MMA。

Conclusion

本研究通过使用原位合成的N-CNTs/CC电极作为MEC阳极，增强了VOCs的降解性能。N-CNTs的存在降低了电极的电荷转移阻抗，其与电活性微生物协同形成的导电网络不仅促进了直接电子传递，同时增强了黄素介导的间接电子传递机制。N-CNTs/CC生物阳极提高了VOCs的去除率，其中MMA在6小时内的去除率提升了30.63%。