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本文聚焦微生物电合成（MES）中乙酸盐的提取。MES 可将 CO2转化为多种生物产品，乙酸盐是重要产物之一。但乙酸盐的有效提取是难题，文中综述了相关提取方法，探讨现有技术的问题，展望未来发展，对推动 MES 工业化应用意义重大。
引言
随着不可再生能源的过度消耗，大气中二氧化碳（CO2）浓度大幅上升，引发全球变暖和气候变化。多国承诺到 2025 年实现净零排放，碳捕获与利用（CCU）成为实现脱碳经济的关键策略。微生物电合成（MES）作为一种新兴的生物电化学技术，可通过代谢途径实现可持续的碳捕获和生物生产。
MES 能够利用可再生电力和电营养微生物的能量，将 CO2转化为多种生物燃料和生化产品，如甲烷（CH4）、乙醇（C2H5OH）、乙烯（C2H4）、乙酸盐（CH3COOH）等。在这些生物产品中，乙酸盐作为增值化学品生产的主要前体，以及化石燃料衍生化学品的替代品，在 MES 研究中备受关注。
尽管在乙酸盐生产方面取得了诸多突破，但有效的乙酸盐提取和分离仍是 MES 大规模应用和经济可行性的主要挑战。传统提取技术能耗高、成本大，而电渗析、吸附和基于膜的分离技术为可持续高效提取乙酸盐提供了可能。目前，关于优化提取选择性、降低能耗、避免产物抑制和直接提取乙酸盐的研究较少，因此，本文旨在总结乙酸盐提取方法，为 MES 反应器的未来设计提供方向。
乙酸盐提取的必要性
在化学加工行业，酸类被广泛用作试剂、反应物、溶剂和催化剂。乙酸盐（乙酸）在食品、塑料、纺织、包装、汽车和涂料等众多工业领域，都被当作溶剂和化学试剂使用。2021 年全球乙酸盐市场价值达 206 亿美元，这充分显示了其在工业中的重要地位，也凸显了从 MES 中高效提取乙酸盐的经济意义。
MES 中乙酸盐提取概述
挥发性脂肪酸（VFAs）可通过多种物理和化学方法从水相中提取回收，如直接蒸馏、溶剂萃取、渗透汽化、反应萃取、膜基萃取、电渗析、离子交换、吸附和沉淀等。在 MES 中，基于膜的萃取、电渗析等物理过程以及吸附等化学过程，在乙酸盐提取方面表现出较高的效率，但这些技术普遍存在能耗高的问题。
预期与实际结果的差距：批判性分析
MES 为从有机废物流和 CO2中生产和提取乙酸盐，提供了一条新兴且可持续的途径。生成并提取的乙酸盐，是潜在的化学资源或生物燃料前体。MES 的工艺设计和反应器架构，会影响电活性微生物的性能、电子转移以及产物分离，进而决定乙酸盐回收的可行性和效率。目前，虽然有多种提取技术，但在实际应用中，仍面临着诸如吸附剂和膜污染、能量优化等问题，限制了 MES 的大规模应用。
未来展望
目前，从水溶液中分离和回收乙酸盐的技术，主要包括电渗析、膜基萃取、离子交换和吸附等。然而，MES 中用于提取乙酸盐和其他 VFAs 的技术，主要局限于基于膜的技术。随着 MES 的大规模应用需求增加，需要更先进的技术。未来的研究应着重解决吸附剂和膜污染问题，优化能量消耗，开发更高效、选择性更高的提取技术，以提高 MES 的可持续性和经济性。
结论
MES 是一种可持续且前景广阔的生物电化学技术，可将有机废物流和 CO2转化为乙酸盐等增值化学品。用于乙酸盐提取的 MES 反应器架构，对调节系统的整体性能、能源效率和经济可行性至关重要。该技术的大规模应用，不仅需要提高整体性能，还需高效提取和分离合成产物。通过对乙酸盐提取方法的总结，为未来 MES 反应器的设计提供了参考，有助于推动该技术的进一步发展和应用。
