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生物膜反应器用先进循环材料及其在CO2 减排中的环境应用潜力
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月17日 来源：Journal of Environmental Chemical Engineering 7.4
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本研究针对工业废弃物再利用与CO2 减排双重挑战，创新性地将PU泡沫、山毛榉木片等工业废料开发为生物膜反应器填料，测试其对Cupriavidus necator的生物膜形成与CO2 吸附效能。结果显示PES无纺布CO2 吸附效率达67.7 g·g-1 ，3D纺织物生物膜密度超常规填料10倍，为碳捕获利用(CCU)技术提供了低成本可持续解决方案。
随着全球气候变暖加剧，二氧化碳(CO2
)减排已成为迫在眉睫的课题。化石燃料燃烧和工业生产排放的CO2
占全球温室气体总量的76%，而传统碳捕集技术存在能耗高、二次污染等问题。与此同时，纺织、塑料等行业每年产生数百万吨工业废料，仅欧盟床垫行业就有49%的聚氨酯(PU)泡沫被填埋。如何将这两大环境挑战转化为协同解决方案？来自欧洲的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究给出了创新答案。
研究团队采用工业废料作为生物膜反应器填料，系统评估了其对CO2
吸附和微生物定植的影响。通过表面特性分析（接触角测量、电子显微镜）、CO2
吸附实验（气相色谱法）和生物膜定量（平板计数法），比较了PU泡沫、山毛榉木片、聚酯(PES)纺织品等与传统拉西环的性能差异。
支持材料物化特性
扫描电镜显示PES 3D纺织具有50-100μm的多孔结构，比表面积达312 m2
·g-1
，接触角128°的疏水特性更利于细菌粘附。而PU泡沫开孔率达95%，孔径分布100-400μm，为微生物提供了理想栖息空间。
CO2
吸附效率
PES无纺布表现出67.7 g CO2
·g-1
的吸附容量，是拉西环(5.2 g·g-1
)的13倍。动力学分析表明其符合准二级吸附模型，化学吸附占主导。
生物膜形成能力
PES 3D纺织支持1.14×109
CFU·cm-3
的生物膜密度，较传统材料提高2个数量级。连续培养30天后仍保持85%活性，证明其长期稳定性。
成本效益分析
废料填料成本仅为拉西环的1/5-1/3，每立方米反应器可节约�120-180。生命周期评估显示其碳足迹降低62%。
该研究开创性地将工业废料转化为高性能生物膜载体，不仅解决了CCU技术中填料成本高、不可持续的问题，更实现了"以废治废"的循环经济模式。特别值得注意的是，PES纺织品在CO2
吸附和生物膜形成上的双重优势，为钢铁厂等工业点源排放治理提供了可直接应用的解决方案。未来通过基因改造C. necator生产聚羟基脂肪酸酯(PHA)等增值化学品，将进一步放大该技术的经济和环境效益。
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