原创《生物电化学系统还原二氧化碳产甲烷进展》：本论文为免费优秀的关于电化学论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
摘 要：生物电化学系统还原CO2合成燃料或有机化工产品近年来已成为环境微生物学的研究热点.首先就生物电化学系统的工作原理、生物电化学系统还原CO2产甲烷的阴极功能微生物、生物电化学系统还原CO2产甲烷的机制、生物电化学系统的反应器及影响生物电化学系统还原CO2产甲烷的因素等方面的研究进展进行了综述,然后分析了生物电化学系统还原CO2产甲烷存在的问题,并讨论了其今后的重点研究方向,以期为生物电化学系统还原CO2产甲烷研究提供参考.
关键词：生物电化学系统；二氧化碳捕集；生物燃料；生物催化；二氧化碳；甲烷
中图分类号：Q939.99文献标志码：A文章编号：16744764（2015）03012707
Abstract：Reduction of CO2 to fuels and industrial chemicals with bioelectrochemical system has been widely studied. This review focuses on recent development in methane production from CO2 with bioelectrochemical systems, which includes the functional microbe used in cathode, the mechanism of conversing CO2 to methanewith bioelectrochemical systems, and the influence factors of the conversion of CO2 to methane as well as the reactors of bioelectrochemical systems. After that, problems of conversing CO2 to methane with bioelectrochemical system are analyzed, and the directions of future research are also discussed. This review aims to motivate and inspire further research for the conversing CO2 to methane with bioelectrochemical systems.
Key words：bioelectrochemical systems； CO2 capture； biofuel； biocatalysis； carbon dioxide； methane
生物电化学系统（Bioelectrochemical systems,简称BESs）是利用微生物为催化剂,进行阳极氧化和（或）阴极还原的生物电化学技术[1],近年来已成为环境微生物学研究的热点.生物电化学系统还原CO2生产能源物质及有机化学品[210]是一种兼顾环境和能源问题的新技术,可在处理有机废水及有机固体废弃物的同时实现CO2向甲烷的高效转化,既符合CO2减排的理念,又能实现CO2和有机废弃物的资源化利用.2009年,Cheng等[2]首次以产甲烷菌作为生物电化学系统阴极催化剂还原CO2产生CH4,此研究为生物电化学系统的应用开拓了新的思路.此后,利用微生物作为生物电化学系统阴极催化剂还原CO2生产能源物质（如甲烷[1113]和乙醇[1416]）及有机化学品（如甲酸[17]、乙酸[4, 13, 1618]和2羰基丁酸[4, 17]、丁酸[19]、己酸和辛酸[20]）引起了越来越多科研工作者的兴趣.
本文就生物电化学系统工作原理、生物电化学系统还原CO2产甲烷阴极功能微生物、生物电化学系统还原CO2产甲烷机制、生物电化学系统反应器及影响生物电化学系统还原CO2产甲烷因素的研究等方面进行了综述.
1生物电化学系统的基本结构和工作
原理
生物电化学系统包括微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）和微生物电解池（Microbial electrolysis Cell,MEC）.微生物燃料电池是以微生物为催化剂氧化有机质或无机物质,将化学能转化为电能的装置[21].微生物电解池是以电能作为能量输入、微生物为催化剂生产燃料和化学品的装置[2223].MEC工作原理如图1所示：1）阳极室中
的微生物催化氧化有机物产生电子和质子（或阳极电解水产生O2、质子和电子）；2）产生的电子传递至
阳极电极,然后经外电路传递至阴极电极,同时,质子经质子交换膜迁移至阴极；3）在阴极室,质子和电子在外加电压的作用下结合产生氢气或在外加电压的作用下用于还原CO2合成低碳燃料（如甲烷、乙醇）和其他有机化学品（如乙酸等）.当还原CO2合成低碳燃料（如甲烷、乙醇）和其它有机化学品（如乙酸等）时一般都需要生物阴极催化剂,如产甲烷需要甲烷菌作为阴极催化剂.
2生物电化学系统还原CO2产甲烷的阴极功能微生物
阴极功能微生物的研究主要集中在利用分子生物学技术对电辅助生物产甲烷系统中获得的阴极微生物的菌落结构进行解析,并分析其中的主要功能微生物.表1为目前文献报道的电辅助生物产甲烷系统阴极中的微生物,其中富集获得的阴极微生物一般都由产甲烷菌和细菌两部分构成,而其中的产甲烷菌以嗜氢型甲烷杆菌属（Methanobacterium sp.）为主[2, 12, 18, 2425].
如Cheng等[2]分析其产甲烷生物电化学系统中阴极功能微生物包括M. palustre、M. boonei及M. hungatei等古菌,荧光原位杂交结果表明产甲烷菌为优势菌,经荧光原位杂交及变性梯度凝胶电泳分析后发现功能菌为嗜氢型产甲烷菌M. palustre.Marshall等[18]以啤酒废水接种微生物电解池阴极,在-0.59 V（versus NHE）的阴极电势下富集获得了含混合微生物的产甲烷生物阴极.产甲烷生物阴极的微生物群落包括和Methanobacterium sp.（>93%）和Methanobrevibacter（～5%）具有同源性的产甲烷菌及和Sphingobacteriales WCHB169科、Spirochaetaceae科及Synergistaceae科具有同源性的细菌,并认为Sphingobacteriales科的细菌可能催化生物电化学制氢.Van EertenJansen等[24]以处理酿酒废水的上流式厌氧污泥床反应器中的厌氧污泥接种微生物电解池的阴极富集获得了生物阴极.16S rRNA基因克隆文库分析表明,生物阴极的微生物群落主要包括3个种系型古菌及6个种系型细菌.古菌种系型和M. palustre和M. aarhusense具有相似性,而体系中细菌的16S rRNA基因序列和Methylocystis sp. SC2 strain SC2、Acidovorax caeni strain R24608 或 Hydrogenophaga caeni strain EMB71、Desulfovibrio putealis strain B743、Petrimonas sulfuriphila strain BN3及Ottowia thiooxydans具有同源性.
电化学论文参考资料：
结论：生物电化学系统还原二氧化碳产甲烷进展为关于本文可作为相关专业电化学论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文电化学分析仪论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
