甘蔗提取物-有机基质微生物燃料电池协同修复重金属污染与生物发电机制研究

研究人员探索了甘蔗提取物作为微生物燃料电池(MFC)有机基质的应用，通过33天实验周期验证其对Cu2+、Cd2+和Pb2+的去除效率达84-90%，并在第16天获得161mV峰值电压。该研究为重金属生物修复与清洁能源联产提供了创新解决方案。

　　

这项开创性研究揭示了甘蔗提取物在微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells, MFC)中的双重功效。科研团队构建了以甘蔗汁为有机基质的MFC系统，在33天运行周期中，不仅实现了对铜(Cu²⁺)、镉(Cd²⁺)和铅(Pb²⁺)三种重金属离子高达89.12%、84.43%和89.58%的去除率，更在第16天观测到161毫伏的电压峰值。每日补充新鲜甘蔗提取物的设计，为电活性微生物提供了持续代谢底物。

通过循环伏安法(Cyclic Voltammetry, CV)分析显示，阳极在有机基质作用下表现出优异的电化学活性。扫描电镜/能谱联用技术(SEM/EDX)表征揭示了电极表面生物膜的形成过程及重金属分布特征。研究首次阐明了甘蔗提取物参与下的金属离子降解路径与电子转移机制：微生物代谢产生的电子通过细胞外电子转移(Extracellular Electron Transfer, EET)途径传递至阳极，同时重金属离子在阴极区发生还原沉积。

该成果为开发低成本、高效率的重金属污染治理-生物能源联产技术提供了重要理论依据。文章同时探讨了MFC技术规模化应用面临的挑战，包括功率密度提升、系统稳定性优化等关键问题，并提出了相应的技术改进建议。甘蔗这种可再生资源在环境修复与绿色能源领域的创新应用，展现出广阔的产业化前景。