创新预处理策略构建下一代生物阴极：实现家庭废水同步产氢与净化的可持续技术

本研究针对传统氢能生产高碳足迹和废水处理难题，开发了基于酸/碱预处理的生物阴极（biocathode）创新技术。通过从家庭废水（HHW）中筛选出高效产氢菌株Bacillus haynesii和Microbacterium arborescens，构建的生物阴极在-1.2 V vs Ag/AgCl条件下，产氢效率较石墨阴极提升2倍，同时实现废水化学需氧量（COD）降低85%。该研究为微生物电解池（MEC）的规模化应用提供了兼具能源生产与环境修复的双重解决方案。

　　

全球能源转型背景下，氢能因其120 MJ/kg的高能量密度被视为化石燃料的理想替代品。然而现有制氢技术如蒸汽重整会排放1100-1300 MMT CO₂
当量，而电解水技术又受限于4.5-5 kWh/m³
的高能耗和贵金属电极成本。与此同时，家庭废水（HHW）处理面临有机负荷高（COD 1560±28.9 mg/L）、能耗大的挑战。来自中国的研究团队在《Fuel》发表的研究，开创性地通过废水预处理技术开发了兼具产氢与净化功能的生物阴极系统。

研究采用线性扫描伏安法（LSV）筛选菌株，通过酸/碱预处理从印度Karaikudi采集的HHW和化粪池废水（STW）中分离出两株新型产氢菌：Bacillus haynesii和Microbacterium arborescens。利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析废水成分变化，结合微生物活力检测评估生物阴极稳定性。

Wastewater characteristics and its pre-treatment
HHW经预处理后菌落数降低3个数量级，B. haynesii在pH=2条件下存活率高达90%，其过氧化氢酶活性使其在阴极环境中保持更强活力。

Conclusion
B. haynesii生物阴极在-1.2 V vs Ag/AgCl电位下产氢达17.26±0.27 mM，较石墨阴极降低700 mV过电位。72小时内使HHW的COD下降85%，FT-IR显示伯胺基团特征峰（1640 cm^-1
）消失，证实有机物矿化。该技术将MEC运营成本降低47%，首次实现生物阴极在真实废水中的长期（>72 h）稳定性验证。

这项研究突破性地将UN可持续发展目标6（清洁饮水）与目标7（清洁能源）相结合，建立的预处理-菌株筛选-生物阴极构建技术路线，为分布式废水处理与绿色氢能联产提供了可推广的解决方案。特别是发现B. haynesii通过过氧化氢传感机制维持阴极活力的新机制，为生物电化学系统的稳定性研究开辟了新方向。