微生物脱盐电池中多离子协同去除机制的揭示：离子迁移、电化学行为与微生物响应

本文系统研究了微生物脱盐电池（MDC）处理复杂多离子盐水的协同机制，通过构建PMDC（单价离子）、CMDC（二价阳离子）和AMDC（二价阴离子）三种体系，揭示了离子迁移遵循Na+ > Ca2+ > Mg2+和CO32? > SO42? > Cl?的竞争层级，发现CMDC因降低欧姆电阻（ohmic resistance）实现最高功率密度（927 mW/m2），但长期运行中多价离子导致膜结垢（scaling）和生物污堵（biofouling），并提出电活性菌群（如Lentimicrobium）的代谢互作是维持性能的关键。

　　

Highlight

本研究首次从离子迁移、电化学行为和微生物响应三个维度解析了微生物脱盐电池（MDC）处理多离子盐水的协同机制。通过对比PMDC（单价离子）、CMDC（二价阳离子）和AMDC（二价阴离子）体系，发现CMDC凭借降低欧姆电阻（ohmic resistance）和优化阴极动力学，功率密度高达927 mW/m²，是PMDC和AMDC的1.57倍和1.99倍。

Electricity and power generation

闭路条件下，CMDC平均峰值电压达680 mV，显著高于PMDC（652 mV）和AMDC（638 mV）。极化曲线显示其最大功率密度为927 mW/m²，归因于多价阳离子（Ca²⁺/Mg²⁺）通过静电相互作用优化了离子传导网络。

Conclusions

MDC对混合盐水的脱盐效率超97%，但长期运行中多价离子引发21.4%效率下降和38.3%功率衰减（膜结垢和生物污堵所致）。电活性菌群Lentimicrobium（26.7%）、Desulfomicrobium（12.3%）通过碳固定和硫还原途径驱动系统稳定性，为实际废水处理提供理论框架。

（注：翻译保留原文术语如ohmic resistance、biofouling等，并采用"静电相互作用优化离子传导网络"等生动表述，同时省略文献引用标识）