✖


Jump to content

Микробные электрохимические технологии

    Add links

    Микробные электрохимические технологии (МЕТ) используют микроорганизмы в качестве электрохимического катализатора , объединяя микробный метаболизм с электрохимическими процессами для производства биоэлектричества , биотоплива , H 2 и других ценных химических веществ. [1] микробные топливные элементы (МТЭ) и микробные электролизные элементы Яркими примерами МЕТ являются (МЭК). В то время как MFC используется для выработки электроэнергии из органических веществ, обычно связанных с очисткой сточных вод , MEC использует электричество для запуска химических реакций, таких как производство H 2 или метана . В последнее время микробные электросинтетические ячейки (МЭС) также стали многообещающим методом МЕТ, где ценные химические вещества могут производиться в катодном отделении. [2] [3] [4] Другие применения MET включают микробную ячейку восстановления, микробную ячейку опреснения , микробную солнечную батарею , микробную химическую ячейку и т. д. [5] [6] [7]

    История

    [ редактировать ]

    Использование микробных клеток для производства было замечено М. К. Поттером в 1911 году, когда он обнаружил, что « Распад органических соединений микроорганизмами электричества сопровождается высвобождением электрической энергии ». [8] Примечательное дополнение в исследованиях MFC было сделано Б. Коэном в 1931 г. [9] когда была создана последовательно соединенная стопка микробных полутопливных элементов, способная выдавать напряжение свыше 35 В при токе 0,2 мА. Два прорыва были сделаны в конце 1980-х годов, когда были созданы две из первых известных бактерий, способных переносить электрон из внутренней части клетки во внеклеточные оксиды металлов без искусственных окислительно-восстановительных медиаторов: Shewanella (ранее Alteromonas ) oneidensis MR-1. [10] и Geobacterulfurreducens PCA были выделены. В конце 90-х годов Ким и др . [11] показали, что восстанавливающая Fe(III) бактерия S. oneidensis MR-1 является электрохимически активной и может генерировать электричество в MFC без каких-либо добавленных электронных медиаторов. Эти открытия заложили основу для развития электромикробиологии, и началось развитие МФЦ. Однако из-за низкой выработки электроэнергии было также сомнительно, что MFC может найти практическое применение для снижения содержания органических веществ в сточных водах . Эта точка зрения изменилась, когда было установлено, что бытовые сточные воды можно очищать до практических пределов, одновременно производя электроэнергию. [12] Более того, плотность мощности на два порядка выше была продемонстрирована в МФЦ с использованием глюкозы без необходимости использования экзогенных химических медиаторов. [13] На основе этих работ очень быстрыми темпами развернулась гонка за практическим применением МФЦ, основной целью которой является разработка крупномасштабной технологии очистки бытовых, промышленных и других видов сточных вод. [14]

    В 2004 году было установлено внеклеточное поглощение электронов (EEU) от катодов микробами (Geobacter spp.) с прикрепленной биопленкой , где фумарат восстанавливался до сукцината . [15] Эта обратная реакция электронного транспорта породила исследовательскую область MES. В 2010 году Невин и др. обнаружили, что ацетогенный микроорганизм Sporomusa ovata может превращать CO 2 в уксусную кислоту в клетках MES, поглощая электроны с катодного электрода. [16] В последующие годы, также из-за растущей озабоченности по поводу выбросов парниковых газов , область биоэлектроконверсии CO 2 в MES-клетках процветала. Некоторые автотрофные микроорганизмы продемонстрировали способность захватывать электроны с катода напрямую или через медиаторы. [17] Помимо конкретных видов микробов , было показано, что сообщества, сокращающие выбросы CO 2 , могут быть обогащены клетками MES из источников инокулята, таких как осадки сточных вод , осадки автоклавов или морские/речные отложения. [18] [19] [20] В следующее десятилетие технические усовершенствования привели к увеличению производительности ацетата с нескольких до сотен г/м. 2 катод /д. [21] MES-клетки также продемонстрировали многообещающую технологию преобразования CO 2 в биометан с производительностью до 200 л CH 4 /м. 2 катод /д. [22] Кроме того, сфера применения MES была расширена и теперь ориентирована на более ценные продукты, включая этанол и капроат . [23]

    Принципы

    [ редактировать ]

    Микробный внеклеточный перенос электронов

    [ редактировать ]

    Существуют различные механизмы передачи электронов бактериями с помощью электрода. К ним относятся «прямой» процесс, при котором окислительно-восстановительные компоненты, расположенные на поверхности клетки, которые могут быть мультигемовыми цитохромами или нанофиламентами , непосредственно контактируют с твердыми поверхностями (рис. 1A, C и D). [24] [25] [26] [27] и «косвенный» процесс, опосредованный растворимыми окислительно-восстановительными медиаторами, которые циклически переносят электроны между клетками и электродами [28-30] [28] [29] [30] (Рисунок 1Б). Электронные челноки могут представлять собой гуминовые вещества , не вырабатываемые клетками. [31] или вторичные метаболиты, вырабатываемые организмами, включая феназины [32, 33] [32] [33] и флавины [34, 35]. [34] [35] Кроме того, некоторые первичные метаболиты бактерий, такие как виды серы и H 2 , могут переносить электроны к внеклеточным акцепторам электронов . что в дополнение к гем- кофакторам в мультигемовых цитохромах Было показано , флавинмононуклеотид также увеличивает скорость переноса электронов в некоторых цитохромах внешней мембраны в качестве окислительно-восстановительных кофакторов [27]. [36] Поскольку электроны переносятся изнутри наружу микробных клеток через клеточную мембрану во время ЭЭТ, ионы с положительным зарядом должны одновременно двигаться в том же направлении, что и поток электронов, чтобы поддерживать нейтральность заряда (рис. 1А). [37]

    Биоэлектрохимические системы (принципы, компоненты, конфигурации)

    [ редактировать ]

    Биоэлектрохимическая система (БЭС) — это устройство, используемое в МЕТ. Классический BES, такой как MFC, обычно состоит из двух секций (рис. 2): анодной и катодной секций, разделенных избирательно проницаемой протонно - катионообменной мембраной или солевым мостиком . В МТЭ анодная секция содержит микробы, которые работают в качестве биокатализаторов в анаэробных условиях в анолите , тогда как катодная секция содержит акцептор электронов (например, кислород). Электроны, образующиеся в результате окисления органических соединений, передаются к аноду. Электроны, производимые микробами, передаются непосредственно на анод. [38] через « нанопровода » [39] внешней мембраны или белки , или косвенно с использованием агентов переноса электронов. Эти электроны достигают катода через внешнюю цепь, и на каждый проведенный электрон протоны реагируют на катоде, завершая реакцию и поддерживая электрический ток. [40] .Существует множество типов реакторов BES, но в целом все они имеют одни и те же принципы работы. Были созданы различные конструкции и конфигурации для оптимизации сборки трех основных элементов (анода, катода и сепаратора) в функционирующей системе. [41] Производительность BES существенно изменилась благодаря их конструкции. В Таблице 1 представлена ​​сводная информация об основных компонентах BES и сопутствующих материалах для их изготовления.

    Таблица 1. Основные компоненты МФЦ

    Приложения

    [ редактировать ]

    Рекуперация и производство энергии

    [ редактировать ]

    Очистка сточных вод с помощью МФЦ

    [ редактировать ]

    Хорошо известно, что перекачка, аэрация и обработка твердых частиц являются основными энергоемкими процессами при очистке сточных вод. Одна только аэрация может составлять 50% эксплуатационных затрат на типичной станции очистки сточных вод. Устранение этих затрат может сэкономить большое количество энергии. МФЦ в очистке сточных вод, помимо производства электроэнергии, также помогают в экономии энергии, связанной с этими упомянутыми процессами, что дает большое преимущество. Процесс MFC является анаэробным процессом, и производство осадка при анаэробном процессе составляет примерно 1/5 от производства ила при аэробном процессе. Таким образом, использование МФЦ может снизить производство твердых частиц на очистных сооружениях, что в конечном итоге снизит значительные эксплуатационные расходы на обработку твердых частиц. Более того, с начала этого столетия эта технология продемонстрировала почти экспоненциальный рост производства электроэнергии. Эта эволюция отражает растущее понимание инженерами того, что эта технология готова к практическому применению, а связанные с ней технологии очень скоро будут в центре внимания.

    Очистка сточных вод с помощью технологий MFC является многообещающей и в то же время уникальной методикой, поскольку процесс очистки сточных вод может стать подходом к производству энергии в форме электроэнергии, а не к затратам энергии. МФЦ использовались для определения лактата в воде КИМ и его коллегами. [42] а позже показал, что производство электроэнергии на МТЦ можно поддерживать за счет крахмала с использованием промышленных сточных вод. большое разнообразие субстратов В МТЭ для производства электроэнергии используется : от чистых соединений до сложных смесей органических веществ, присутствующих в сточных водах. Применение MFC для биоочистки сточных вод также показало эффективное преобразование органических веществ в сточных водах в электричество со снижением ХПК и БПК примерно на 40-90%. [43] Очевидно, что энергии, которую можно получить из сточных вод, недостаточно для обеспечения города электроэнергией, но ее может быть достаточно для работы очистных сооружений. Благодаря постоянному прогрессу, накопление этой энергии может привести к энергетической устойчивости инфраструктуры сточных вод.

    Бентосный МФЦ

    [ редактировать ]

    Бентические МТЭ вырабатывают энергию за счет микробного окисления органических субстратов в бескислородных морских отложениях в сочетании с восстановлением кислорода в вышележащей толще воды. Электроны генерируются в результате метаболизма естественных микроорганизмов в различных отложениях. Таким образом, бентосные МФЦ не требуют добавления каких-либо экзогенных микроорганизмов или электронных челноков. [44] [45] Метеорологические буи получали всю энергию от донного MFC, что позволяло им работать непрерывно и независимо от необходимости замены батарей. Бентосные МТЭ могут эксплуатироваться несколько лет без снижения мощности. Исследователи подсчитали, что бентосный MFC может обеспечивать электроэнергию в течение неопределенного времени при тех же уровнях мощности и той же стоимости, что и глубоководная электростанция и легкая закрытая свинцово-кислотная батарея в течение одного года.

    Восстановление питательных веществ

    [ редактировать ]

    Азот и фосфор считаются основными загрязнителями сточных вод, удаление и восстановление которых необходимы для устойчивых систем очистки. Азот традиционно удаляется с помощью процессов биологической нитрификации и денитрификации , что требует очень высоких затрат энергии и затрат на очистку сточных вод. BES имеют хороший потенциал для восстановления аммонийного азота с хорошей прибылью от потоков отходов, богатых азотом, таких как моча, свиной щелок, варочный раствор, фильтрат свалок и т. д. [46] Фосфор из сточных вод обычно извлекается в виде гранул полифосфата , Fe-P или струвита бактериями . Кьюсик и др. добились производства струвита в БЭС за счет использования однокамерного МЭК, в котором до 40% растворимого фосфата извлекалось путем осаждения струвита со скоростью 0,3–0,9 г/м. 2 /час. [47] Другое восстановление фосфора в BES включало обмен гидроксид -ионов, образующихся в результате катодной реакции, на фосфат-ионы из сточных вод, в результате чего было удалено 52,4 ± 9,8% фосфата. [48]

    Микробная электрохимическая очистка

    [ редактировать ]

    BES известны как окислительными, так и восстановительными процессами очистки подземных загрязнителей. По сравнению с традиционной биологической очисткой или химическими процессами, в BES используются один или несколько электродов, которые не являются закрытыми реакторами для очистки загрязнителей. Твердые электроды в этой системе работают как неисчерпаемые акцепторы/доноры электронов, стимулируя микробную трансформацию загрязняющих веществ в нетоксичные или менее токсичные формы. Например, производство может способствовать усилению биоразложения токсинов с сопутствующим биоэлектричеством. [49] Сложные нефтяные органические вещества, такие как комплексы БТЭК ( бензол , толуол , ксилолы , этилбензолы и т. д.), можно биоремедиировать с использованием систем BES. Моррис и др. сообщили, что деградация дизельного топлива (C8–C25) была снижена на 164% за счет введения электродов без подвода энергии. [50] Также были заявлены исследования биодизельного топлива , фенола , общих нефтяных углеводородов , полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), 1,2-дихлорэтана , пиридина и т. д., подтверждающие возможность использования BES в качестве практической технологии для разложения нефтяных углеводородов с одновременной генерацией тока. . [51] [52] Сообщается, что хлорированные растворители, такие как трихлорэтен и тетрахлорэтен , известные своей высокой токсичностью или канцерогенной природой, разлагаются при использовании твердотельных электродов с отрицательной поляризацией, которые отдают электроны с электронными челноками и без них. [53] Удаление нитратов , распространенных загрязнителей грунтовых вод, также было продемонстрировано либо отдельно {Cecconet, 2018 #9}, либо в сочетании с другими сопутствующими загрязнителями, такими как арсенит . [54] По сравнению с традиционной денитрификацией, в которой участвуют гетеротрофные денитрифицирующие бактерии, в денитрификации с помощью BES участвуют автотрофные денитрифицирующие бактерии , обладающие способностью поглощать электроны с электродов. Следовательно, биокатоды в BES были разработаны для денитрификации, что приводит к эффективному снижению содержания нитратов/нитритов при низких затратах энергии как в грунтовых, так и в сточных водах. [55] [56] В других исследованиях снижение перхлората , [57] Кр(VI), [58] Cu(II) и радиоактивный уран [59] были также достигнуты в BES с катодом в качестве донора электронов. Основное преимущество, связанное с использованием твердых электродов в качестве донора электронов вместо растворимого донора электронов, заключается в уменьшении примесей (например, U(VI) до U(IV)), которые представляют собой стабильный осадок на электроде. не только подземные воды, но и биоремедиация С помощью BES исследовались почвы. Например, была продемонстрирована успешная очистка от гербицидов и антибиотиков (ссылка). почвы [60] [61]

    Микробное электрохимическое производство химических веществ

    [ редактировать ]

    MES, разновидность BES, может использовать электричество для синтеза топлива и ценных химикатов, используя микробы в качестве катодных катализаторов, что также приводит к очистке потоков отходов (рис. 3). [62] Двойная выгода, связанная с этой системой, заключается в углерода секвестрации и производстве химикатов с добавленной стоимостью. [63] С помощью МЭС получен широкий спектр ценных соединений, таких как H 2 , ацетат, CH 4 , этанол, бутанол , H 2 O 2 и др. [64] [65] [66] [67] Спектр продуктов в MES во многом определяется материалами биокатодов (на основе углерода или металлов), участвующими микроорганизмами, восстановительным потенциалом и активностью окислительно-восстановительных медиаторов, а также условиями эксплуатации, включая pH, температуру и давление. [68] [69] Потенциалы от -0,6 до -1,0 В относительно SHE обычно применяются к MES, инокулированному смешанными культурами, чтобы гарантировать выработку водорода на катоде, который затем поглощается ацетогенными и метаногенными микроорганизмами для снижения CO 2 . [70] Снижение CO 2 при менее отрицательных потенциалах, даже выше теоретического потенциала -0,4 В по сравнению с SHE, было продемонстрировано для конкретных микроорганизмов, таких как Sporomusa , хотя до сих пор обсуждается, следует ли отнести это на счет прямого поглощения электронов с катода или благоприятного воздействия. термодинамика на поверхности электрода. [71] Большинство исследований MES проводилось в условиях окружающей среды (около 20 °C) или мезофильных условиях (около 35 °C), но была продемонстрирована возможность реализации процесса в термофильных условиях (50–70 °C). [72] Нейтральный или слегка кислый pH (5,5-7,0) оказался оптимальным для превращения CO 2 в уксусную кислоту, хотя более низкий pH или использование ингибиторов, таких как бромэтансульфоновая кислота (BESA), необходимы, чтобы избежать начала метаногенеза . [73] Химические соединения, полученные из MES, могут использоваться в качестве прекурсоров для производства последующих промышленных продуктов, таких как полимерные продукты, дизельное топливо или керосин продукты, напоминающие , пластификаторы , а также в качестве смазочных веществ во многих отраслях промышленности. [74]

    Фигура. 3. Схема МЧС, показывающая обработку потоков отходов и образование ценных продуктов.

    Многие органические соединения, такие как ацетат , бутират и лактат, в основном присутствуют в сточных водах очистных сооружений и ферментационных установок. Эти органические вещества являются ценными продуктами, но из-за их низкой концентрации экстракция не является экономически эффективным вариантом. Поэтому MES использовался для преобразования этих карбоновых кислот с короткой цепью в кислоты с более длинной цепью и другие полезные продукты. [75] [76] Хотя более ценные соединения могут быть получены из сырья с низкими затратами ресурсов, необходимы исследования, чтобы сравнить, является ли управление окислительно-восстановительным потенциалом и подача тока на катоды экономически целесообразным по сравнению с современными технологиями. Тем не менее, дальнейшие улучшения этой технологической платформы могут помочь в преодолении многих фундаментальных проблем будущей биоэкономики .

    Микробный электролиз для получения H 2

    [ редактировать ]

    При использовании для производства водорода MEC необходимо дополнять внешним источником энергии, чтобы преодолеть энергетический барьер превращения всего органического материала в углекислый газ и газообразный водород. Стандартный MFC преобразуется в MEC, производящий водород, путем добавления > 0,14 В. [77] Пузырьки водорода образуются на катоде и собираются для использования в качестве источника топлива. [78] Хотя электричество используется, а не генерируется, как в обычных МТЭ, этот метод производства водорода эффективен, поскольку более 90% протонов и электронов, генерируемых бактериями на аноде, превращаются в газообразный водород. [79] Водород можно накапливать и хранить для последующего использования, чтобы преодолеть присущую MFC особенность малой мощности. [80]

    Микробное электрохимическое обогащение биогаза до CH 4

    [ редактировать ]

    Концепция микробного электрохимического восстановления предполагает преобразование диоксида углерода, который является неэнергетическим компонентом биогаза, производимого в анаэробном варочном котле, в богатый энергией компонент метана. Такое снижение возможно за счет химической реакции между диоксидом углерода, протонами и электронами (от электричества) в МЭС. [81] Это также известно как технология Power-to-Gas , которая позволяет электрохимическим установкам выступать в качестве поглотителей углерода для промышленных отходов и, что более важно, промышленных CO 2 выбросов . [82] Технология Power-to-Gas потенциально генерирует биогаз того же качества, что и природный газ, без необходимости удаления CO 2 с использованием дорогостоящих методов, таких как аминная очистка или адсорбция при переменном давлении . [83]

    Опреснение воды

    [ редактировать ]

    Опреснение морской и солоноватой воды, используемой для питья, всегда представляло серьезные проблемы из-за количества энергии, необходимой для удаления растворенных солей из воды. При использовании адаптированного МТЭ этот процесс можно было бы осуществлять без использования внешней электрической энергии. При добавлении третьей камеры между двумя электродами стандартного MFC и заполнении ее морской водой положительные и отрицательные электроды ячейки притягивают положительные и отрицательные ионы соли соответственно, и соль можно отфильтровать из морской воды с помощью полупроводникового фильтра . -проницаемые мембраны . [84] В лабораторных исследованиях была зафиксирована эффективность удаления соли до 90%. [85]

    Биосенсоры

    [ редактировать ]

    МФЦ находят применение в мониторинге и контроле установки биологической очистки отходов благодаря корреляции между кулоновским выходом МФЦ и содержанием органических веществ в сточных водах, которые служат показаниями для биосенсоров . [86] Системы на основе микроорганизма Shewanella перспективны в качестве датчиков для количественного определения биологической потребности в кислороде в сточных водах. [87] [88] Эту концепцию можно легко расширить для обнаружения других соединений, которые могут выступать в качестве доноров электронов для производства электроэнергии, таких как водород или ароматические примеси. [89] Кроме того, такие датчики могут быть чрезвычайно полезны в качестве индикаторов токсикантов в реках, на входе в очистные сооружения, для обнаружения загрязнений или незаконных сбросов или для проведения исследований на загрязненных участках. [90] [91]

    С развитием микроэлектроники и связанных с ней дисциплин потребность в мощности электронных устройств резко снизилась. МФЦ могут использовать маломощные датчики, которые собирают данные из отдаленных районов. Анаэробные бактерии, которые естественным образом растут в отложениях, производят небольшой ток, который можно использовать для зарядки конденсатора и накопления энергии для датчика. Одним из основных преимуществ использования MFC для дистанционного зондирования по сравнению с традиционными батареями является то, что бактерии размножаются, что обеспечивает значительно более длительный срок службы MFC, чем традиционные батареи. [92] Таким образом, датчик можно оставлять в отдаленном районе в течение многих лет без обслуживания. Обширные исследования по разработке надежных МТЭ с этой целью сосредоточены в основном на выборе подходящих органических и неорганических веществ, которые можно было бы использовать в качестве источников энергии. [93] Производство микробного тока также применимо к биоэлектрохимическим сенсорам для скрининга лекарств на биопленке. [94] [95] или эпидемиология, основанная на сточных водах. [96]

    См. также

    [ редактировать ]

    Ссылки

    [ редактировать ]
    1. ^ Логан, Б.Е. и др., Электроактивные микроорганизмы в биоэлектрохимических системах. Nature Reviews Microbiology, 2019. 17 (5): с. 307-319.
    2. ^ Невин, К.П. и др., Микробный электросинтез: кормление микробов электричеством для преобразования углекислого газа и воды в многоуглеродные внеклеточные органические соединения. mBio, 2010. 1(2): с. e00103-10.
    3. ^ Логан, Б.Е., Экзоэлектрогенные бактерии, питающие микробные топливные элементы. Nature Reviews Microbiology, 2009. 7 (5): с. 375-381.
    4. ^ Розендал, Р.А. и др., Эффективное получение перекиси водорода из органического вещества в биоэлектрохимической системе. Электрохимические коммуникации, 2009.11(9): с. 1752-175 гг.
    5. ^ Харниш, Ф. и У. Шредер, От MFC к MXC: химические и биологические катоды и их потенциал для микробных биоэлектрохимических систем. Chem Soc Rev, 2010. 39(11): с. 4433-48.
    6. ^ Кумар П. и др., Электроферментация в помощь биоэнергетике и биополимерам. Энергетика, 2018. 11(2): с. 343-343.
    7. ^ Баджрачарья, С. и др., Обзор новых биоэлектрохимических систем (БЭС): технологии устойчивого электроснабжения, утилизации отходов, восстановления ресурсов, химического производства и не только. Возобновляемая энергетика, 2016. 98: с. 153-170.
    8. ^ Поттер, М.К. и А.Д. Уоллер, Электрические эффекты, сопровождающие разложение органических соединений. Труды Лондонского королевского общества. Серия B, Содержащие статьи биологического характера, 1911. 84 (571): с. 260-276.
    9. ^ Коэн, Б., Бактериальная культура как электрическая полуклетка. J. Bacteriol, 1931. 21(1): с. 18-19.
    10. ^ Майерс, К.Р. и К.Х. Нилсон, Восстановление и рост бактериального марганца с использованием оксида марганца в качестве единственного акцептора электронов. Наука, 1988. 240(4857): с. 1319-1321.
    11. ^ Ким, HJ и др., Микробный топливный элемент без медиатора, использующий бактерию, восстанавливающую металл, Shewanella putrefaciens. Ферментные и микробные технологии, 2002. 30(2): с. 145-152.
    12. ^ Лю, Х., Р. Рамнараянан и Б.Е. Логан, Производство электроэнергии при очистке сточных вод с использованием однокамерного микробного топливного элемента. Environ Sci Technol, 2004. 38(7): с. 2281-5.
    13. ^ Рабай, К. и др., Микробный топливный элемент, способный преобразовывать глюкозу в электричество с высокой скоростью и эффективностью. Biotechnology Letters, 2003. 25(18): с. 1531-1535.
    14. ^ Логан, Б.Е. и др., Микробные топливные элементы: методология и технология. Экологические науки и технологии, 2006. 40 (17): с. 5181-5192.
    15. ^ Грегори, К.Б., Д.Р. Бонд и Д.Р. Ловли, Графитовые электроды как доноры электронов для анаэробного дыхания. Environ Microbiol, 2004. 6(6): с. 596-604.
    16. ^ Невин, К.П. и др., Микробный электросинтез: кормление микробов электричеством для преобразования углекислого газа и воды в многоуглеродные внеклеточные органические соединения. Мбио, 2010. 1(2).
    17. ^ Логан, Б.Е. и др., Электроактивные микроорганизмы в биоэлектрохимических системах. Nat Rev Microbiol, 2019. 17(5): с. 307-319.
    18. ^ Изади П. и др., Параметры, влияющие на развитие высокопроводящей и эффективной биопленки во время микробного электросинтеза: важность приложенного потенциала и неорганического источника углерода. npj Biofilms Microbiomes, 2020. 6 (1): с. 40.
    19. ^ Биан, Б. и др., Оценка устойчивости микробного электросинтеза для биохимического производства к изменениям в методах доставки и скорости потока CO2. Биоресурс Технол, 2021. 319: с. 124177.
    20. ^ Алкахтани, М.Ф. и др., Обогащение солеустойчивых сообществ, фиксирующих CO2, в микробных системах электросинтеза с использованием пористой керамической полой трубки, обернутой углеродной тканью, в качестве катода и для подачи CO2. Sci Total Environ, 2021. 766: с. 142668.
    21. ^ Журден Л. и др., Приближая высокоскоростной микробный электросинтез на основе CO2 к практической реализации за счет улучшения конструкции электродов и условий эксплуатации. Environ Sci Technol, 2016. 50(4): с. 1982-9.
    22. ^ Чжоу, Х. и др., Оптимизация недавно разработанного электрометаногенеза для достижения рекордного уровня производства метана. J Hazard Mater, 2021. 407: с. 124363.
    23. ^ Шрикант, С. и др., Электробиокаталитическая конверсия диоксида углерода в спирты с использованием газодиффузионного электрода. Биоресурс Технол, 2018. 265: с. 45-51.
    24. ^ Розенбаум, М. и др., Катоды как доноры электронов для микробного метаболизма: какие механизмы внеклеточного переноса электронов задействованы? Биоресурс Технол, 2011. 102(1): с. 324-33.
    25. ^ Майерс, CR и Дж. М. Майерс, Локализация цитохромов на внешней мембране анаэробно выращенной Shewanella putrefaciens MR-1. J Bacteriol, 1992. 174(11): с. 3429-38.
    26. ^ Тан, Х.Ю. и др., Коррозия железа посредством прямого переноса электрона из металла в микроб. мБио, 2019. 10(3).
    27. ^ Окамото А. и др., Модель связанного флавина предполагает сходные механизмы переноса электрона у Shewanella и Geobacter. ХимЭлектроХим, 2014. 1(11): с. 1808-1812.
    28. ^ Ньюман, Д.К. и Р. Колтер, Роль выделяемых хинонов во внеклеточном переносе электронов. Природа, 2000. 405(6782): с. 94-7.
    29. ^ Дерек Р. Ловли, JDC, Элизабет Л. Блант-Харрис, Элизабет Дж. П. Филлипс, Джоан К. Вудворд Гуминовые вещества как акцепторы электронов для микробного дыхания. Природа, 1996(382): с. 445–448.
    30. ^ Ю, LX и др., Флавины опосредуют внеклеточный перенос электронов в грамположительном штамме Bacillus megaterium LLD-1. Биоэлектрохимия, 2018. 119: с. 196-202.
    31. ^ Холмс, Д.Э., Д.Р. Бонд и Д.Р. Ловли, Перенос электронов с помощью Desulfobulbus propionicus на Fe (III) и графитовые электроды. Прикладная и экологическая микробиология, 2004. 70(2): с. 1234-1237.
    32. ^ Рабай К. и др., Микробное производство феназина усиливает перенос электронов в биотопливных ячейках. Экологические науки и технологии, 2005. 39(9): с. 3401-3408.
    33. ^ Рабай, К. и др., Биотопливные элементы, выбранные для микробных консорциумов, которые самостоятельно осуществляют перенос электронов. Прикладная и экологическая микробиология, 2004. 70(9): с. 5373.
    34. ^ Марсили, Э. и др., Шеванелла секретирует флавины, которые опосредуют внеклеточный перенос электронов. Труды Национальной академии наук, 2008. 105 (10): с. 3968.
    35. ^ фон Канштайн, Х. и др., Секреция флавинов видами Shewanella и их роль во внеклеточном переносе электронов. Прикладная и экологическая микробиология, 2008. 74(3): с. 615.
    36. ^ Окамото А. и др., Модель связанного флавина предполагает сходные механизмы переноса электрона у Shewanella и Geobacter. ХимЭлектроХим, 2014. 1(11): с. 1808-1812 гг.
    37. ^ Окамото А. и др., Транспорт протонов во внешнемембранном комплексе флавоцитохрома ограничивает скорость внеклеточного транспорта электронов. Angewandte Chemie International Edition, 2017. 56(31): с. 9082-9086.
    38. ^ Бонд, Д. Р. и Д. Р. Ловли, Производство электроэнергии с помощью Geobacterulferreducens, прикрепленного к электродам. Appl Environ Microbiol, 2003. 69(3): с. 1548-55.
    39. ^ Регера, Г. и др., Внеклеточный перенос электронов через микробные нанопроволоки. Природа, 2005. 435(7045): с. 1098-1101.
    40. ^ Логан, Б.Е. и Дж.М. Риган, Бактериальные сообщества, производящие электричество, в микробных топливных элементах. Тенденции в микробиологии, 2006. 14(12): с. 512-518.
    41. ^ Осман, М.Х., А.А. Шах и Ф.К. Уолш, Недавний прогресс и сохраняющиеся проблемы в области биотопливных элементов. Часть I: Ферментативные клетки. Биосенсоры и биоэлектроника, 2011. 26(7): с. 3087-3102.
    42. ^ Хён Джу, КИМ, Х. Мун Сик и К. Ин Соп, Лактатный биосенсор на основе микробного топливного элемента с использованием металлвосстанавливающей бактерии Shewanella putrefaciens. Журнал микробиологии и биотехнологии, 1999. 9 (3): с. 365-367.
    43. ^ А. Оджи, CCOaMKO, Основы и практическое применение микробных топливных элементов (MFC). Евро. Дж. Прил. англ. наук. Рез, 2012. 1(4): с. 185-189.
    44. ^ Бонд, Д.Р. и др., Микроорганизмы, восстанавливающие электроды, которые собирают энергию из морских отложений. Наука, 2002. 295(5554): с. 483-5.
    45. ^ Тендер, Л.М. и др., Использование энергии, вырабатываемой микробами на морском дне. Природная биотехнология, 2002. 20(8): с. 821-825.
    46. ^ Нанчарайя, Ю.В., С. Венката Мохан и ПНЛ Ленс, Последние достижения в удалении и восстановлении питательных веществ в биологических и биоэлектрохимических системах. Биоресурс Технол, 2016. 215: с. 173-185.
    47. ^ Кьюсик, Р.Д. и Б.Е. Логан, Восстановление фосфата в виде струвита в однокамерной микробной электролизной ячейке. Биоресурсные технологии, 2012. 107: с. 110-115.
    48. ^ Чжан Ф., Дж. Ли и З. Хэ, Новый метод удаления и восстановления питательных веществ из сточных вод с использованием биоэлектрохимической системы. Биоресурсные технологии, 2014. 166: с. 630-634.
    49. ^ Мохан, С.В. и К. Чандрасекхар, Самоиндуцированный биопотенциал и условия принятия электронов графитом усиливают деградацию нефтяного шлама в биоэлектрохимической системе с одновременной выработкой энергии. Биоресурсные технологии, 2011. 102(20): с. 9532-9541.
    50. ^ Моррис, Дж. М. и др., Микробный топливный элемент в усилении анаэробного биоразложения дизельного топлива. Журнал химической инженерии, 2009. 146 (2): с. 161-167.
    51. ^ Ловли, Д.Р. и К.П. Невин, Сдвиг в течении: новые применения и концепции электронного обмена микроб-электрод. Curr Opin Biotechnol, 2011. 22(3): с. 441-8.
    52. ^ Чандрасекхар, К. и С. Венката Мохан, Биоэлектрохимическая очистка реальных нефтяных шламов в качестве донора электронов с одновременной выработкой энергии облегчает биотрансформацию ПАУ: влияние концентрации субстрата. Биоресурсные технологии, 2012. 110: с. 517-525.
    53. ^ Аулента, Ф. и др., Дехлорирование трихлорэтена и выделение H2 являются альтернативными биологическими путями использования электрического заряда дехлорирующей культурой в биоэлектрохимической системе. Environ Sci Technol, 2008. 42(16): с. 6185-90.
    54. ^ Себальос-Эскалера, А. и др., Электробиоремедиация грунтовых вод, загрязненных нитратами и арсенитами. Водный ресурс, 2021. 190: с. 116748.
    55. ^ Чжао, Х. и др., Эффективность денитрифицирующего микробного топливного элемента с биокатодом над нитритом. Границы микробиологии, 2016. 7 (344).
    56. ^ Вирдис, Б. и др., Потоки электронов в микробном топливном элементе, выполняющем удаление углерода и азота. Environ Sci Technol, 2009. 43(13): с. 5144-9.
    57. ^ Батлер, К.С. и др., Биоэлектрохимическое восстановление перхлората в микробном топливном элементе. Экологические науки и технологии, 2010. 44(12): с. 4685-4691.
    58. ^ Ван, Г., Л. П. Хуанг и Ю. Ф. Чжан, Катодное восстановление шестивалентного хрома [Cr (VI)] в сочетании с выработкой электроэнергии в микробных топливных элементах. Биотехнологические письма, 2008. 30(11): с. 1959-1966.
    59. ^ Грегори, К.Б. и Д.Р. Ловли, Восстановление и извлечение урана из загрязненных подземных сред с помощью электродов. Экологические науки и технологии, 2005. 39(22): с. 8943-8947.
    60. ^ Домингес-Гарай, А. и др., Биоэлектровентиляция: стратегия биоремедиации с помощью электрохимии для очистки почв, загрязненных атразином. Микроб Биотехнология, 2018. 11(1): с. 50-62.
    61. ^ Родриго Кехиго, Дж. и др., Стимулирование почвенных микроорганизмов для минерализации гербицида изопротурона с помощью микробных электровосстанавливающих клеток. Microb Biotechnol, 2016. 9(3): с. 369-80.
    62. ^ Рабай, К. и Р.А. Розендал, Микробный электросинтез - новый взгляд на электрический путь микробного производства. Nature Reviews Microbiology, 2010. 8 (10): с. 706-716.
    63. ^ Ирфан М. и др., Прямая микробная трансформация диоксида углерода в химические вещества с добавленной стоимостью: всесторонний анализ и возможности применения. Биоресурсные технологии, 2019. 288: с. 121401.
    64. ^ Миран, В. и др., Обработка хлорированным фенолом и производство перекиси водорода in situ в биоэлектрохимической системе, обогащенной сульфатредуцирующими бактериями. Водные исследования, 2017. 117: с. 198-206.
    65. ^ Маршалл, К.В. и др., Длительная эксплуатация микробных систем электросинтеза улучшает производство ацетата автотрофными микробиомами. Экологические науки и технологии, 2013. 47(11): с. 6023-6029.
    66. ^ ван Эртен-Янсен, MCAA и др., Анализ механизмов биоэлектрохимического производства метана смешанными культурами. Журнал химических технологий и биотехнологий, 2015. 90 (5): с. 963-970.
    67. ^ Баджрачарья, С. и др., Снижение углекислого газа смешанными и чистыми культурами в микробном электросинтезе с использованием сборки из графитового войлока и нержавеющей стали в качестве катода. Биоресурсные технологии, 2015. 195: с. 14-24.
    68. ^ Кумар, Г. и др., Обзор биоэлектрохимических систем (BES) для производства синтез-газа и биохимических продуктов с добавленной стоимостью. Хемосфера, 2017. 177: с. 84-92.
    69. ^ Кумар, А. и др., Все тонкости реакций переноса электрона между микроорганизмами и электродами. Nature Reviews Chemistry, 2017. 1 (3).
    70. ^ Филипс, Дж., Внеклеточное поглощение электронов ацетогенными бактериями: способствует ли потребление H2 реакции эволюции H2 на катоде или металлическом железе? Фронт Микробиол, 2019. 10: с. 2997.
    71. ^ Филипс, Дж., Внеклеточное поглощение электронов ацетогенными бактериями: способствует ли потребление H2 реакции эволюции H2 на катоде или металлическом железе? Фронт Микробиол, 2019. 10: с. 2997.
    72. ^ Десси П. и др., Производство карбоновых кислот и эволюция электросинтетического микробного сообщества при различных режимах питания CO2. Биоэлектрохимия, 2021. 137: с. 107686.
    73. ^ Десси, П. и др., Микробный электросинтез: на пути к устойчивым биоперерабатывающим заводам для производства экологически чистых химикатов из выбросов CO (2). Биотехнологий Адв, 2021. 46: с. 107675.
    74. ^ ван Эртен-Янсен, MCAA и др., Анализ механизмов биоэлектрохимического производства метана смешанными культурами. Журнал химических технологий и биотехнологий, 2015. 90 (5): с. 963-970.
    75. ^ Стейнбуш, KJJ и др., Биоэлектрохимическое производство этанола посредством опосредованного восстановления ацетата смешанными культурами. Экологические науки и технологии, 2010. 44(1): с. 513-517.
    76. ^ Раес, SMT и др., Непрерывное долгосрочное биоэлектрохимическое удлинение цепи до бутирата. ХимЭлектроХим, 2017. 4(2): с. 386-395.
    77. ^ Ким, И.С. и др., Микробные топливные элементы: последние достижения, бактериальные сообщества и применение помимо производства электроэнергии. Экологические инженерные исследования, 2008. 13(2): с. 51-65.
    78. ^ Логан, Б.Е., MEC для производства водорода в микробных топливных элементах . 2007, Вили, 2008. с. 125-145.
    79. ^ Рабай, К. и В. Верстраете, Микробные топливные элементы: новая биотехнология для производства энергии. Тенденции в биотехнологии, 2005. 23(6): с. 291-298.
    80. ^ Ду, З., Х. Ли и Т. Гу, Современный обзор микробных топливных элементов: многообещающая технология очистки сточных вод и биоэнергетики. Достижения биотехнологии, 2007. 25(5): с. 464-482.
    81. ^ Нелабхотла, АБТ и К. Динамарка, Электрохимически опосредованное сокращение CO2 для производства биометана: обзор. Обзоры наук об окружающей среде и био/технологиях, 2018. 17(3): с. 531-551.
    82. ^ Санчес, О.Г. и др., Последние достижения в области промышленного электровосстановления CO2. Текущее мнение о зеленой и устойчивой химии, 2019. 16: с. 47-56.
    83. ^ Ангенент, Л.Т. и др., Интеграция электрохимических, биологических, физических и термохимических технологических установок для расширения возможностей анаэробного сбраживания. Биоресурсные технологии, 2018. 247: с. 1085-1094.
    84. ^ Ким, Ю. и Б.Е. Логан, Микробные опреснительные камеры для производства энергии и опреснения. Опреснение, 2013. 308: с. 122-130.
    85. ^ Цао, X. и др., Новый метод опреснения воды с использованием микробных опреснительных ячеек. Экологические науки и технологии, 2009. 43(18): с. 7148-7152.
    86. ^ Ди Лоренцо, М. и др., Однокамерный микробный топливный элемент как биосенсор для сточных вод. Water Research, 2009. 43(13): с. 3145-3154.
    87. ^ Ким, Б.Х. и др., Новый датчик БПК (биологическая потребность в кислороде), использующий микробный топливный элемент без медиатора. Biotechnology Letters, 2003. 25(7): с. 541-545.
    88. ^ Чанг, И.С. и др., Улучшение характеристик микробного топливного элемента в качестве датчика БПК с использованием респираторных ингибиторов. Биосенсоры и биоэлектроника, 2005. 20(9): с. 1856-1859.
    89. ^ Ловли, Д.Р., Микробные топливные элементы: новая микробная физиология и инженерные подходы. Текущее мнение в области биотехнологии, 2006. 17(3): с. 327-332.
    90. ^ Чанг, И.С. и др., Непрерывное определение биохимической потребности в кислороде с использованием биосенсора микробного типа топливных элементов. Биосенсоры и биоэлектроника, 2004. 19(6): с. 607-613.
    91. ^ Мейер, Р.Л., Л.Х. Ларсен и Н. П. Ревсбех, Микромасштабный биосенсор для измерения летучих жирных кислот в бескислородной среде. Прикладная и экологическая микробиология, 2002. 68(3): с. 1204.
    92. ^ Райтон, К. и Дж. Коутс, Микробные топливные элементы: микробиология при подключении и включении питания. Журнал Microbe, 2009. 4: с. 281-287.
    93. ^ Шантарам А. и др., Беспроводные датчики, работающие на микробных топливных элементах. Экологические науки и технологии, 2005. 39(13): с. 5037-5042.
    94. ^ Миран, В., Д. Нарадасу и А. Окамото, Электрогенность патогенов как инструмент для мониторинга метаболической активности in-situ и оценки лекарств в биопленках. iScience, 2021. 24(2): с. 102068.
    95. ^ Нарадасу, Д. и др., Производство микробного тока Streptococcus mutans коррелирует с метаболической активностью биопленок. Биосенс ​​Биоэлектрон, 2020. 162: с. 112236.
    96. ^ 94. Миран, В. и др., Текущие возможности производства лекарственно-устойчивого патогена позволяют его быстрое обнаружение без меток, применимое к эпидемиологии на основе сточных вод. Микроорганизмы, 2022. 10(2).
    Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Microbial_electrochemical_technologies&oldid=1122137332"
    Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
    Arc.Ask3.Ru
    Номер скриншота №: 8e6837c494bc76cbf25fc1fe3991d9de__1668551280
    URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/8e/de/8e6837c494bc76cbf25fc1fe3991d9de.html
    Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
    Microbial electrochemical technologies - Wikipedia
    Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)