上海交大低碳學(xué)院有機(jī)廢棄物資源化團(tuán)隊(duì)在環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊發(fā)表最新研究成果

近期，上海交通大學(xué)中英國際低碳學(xué)院副教授張景新團(tuán)隊(duì)在國際學(xué)術(shù)期刊《Water Research》《Applied Energy》《Chemical Engineering Journal》等期刊上發(fā)表了系列文章，主要關(guān)于鐵循環(huán)和導(dǎo)電材料在厭氧消化過程中的甲烷化作用機(jī)制及應(yīng)用原理。其中，生物炭通過提高微量元素生物利用度和種間電子傳遞效率加強(qiáng)厭氧消化產(chǎn)氣機(jī)理的研究工作—“Internal enhancement mechanism of biochar with graphene structure in anaerobic digestion: the bioavailability of trace elements and potential direct interspecies electron transfer”，論文第一作者為上海交通大學(xué)中英國際低碳學(xué)院2019級(jí)碩士研究生亓秋嫻，通訊作者為上海交通大學(xué)中英國際低碳學(xué)院副教授張景新。

  課題組長期與新加坡國立大學(xué)合作，基于CREATE-E2S2中心構(gòu)建了長短期學(xué)生赴新加坡交流的機(jī)制，合作研究主要聚焦城市有機(jī)固體廢棄物資源化技術(shù)和生態(tài)能源系統(tǒng)研究，開展“超大城市的能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展解決方案”Create-E2S2項(xiàng)目，通過集成生物處理系統(tǒng)（如厭氧消化系統(tǒng)/好氧發(fā)酵系統(tǒng)）、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、電腦控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，高效處理有機(jī)垃圾并產(chǎn)生電能、熱能和有機(jī)肥料等資源化產(chǎn)品，進(jìn)一步解決超大城市發(fā)展中的有機(jī)固體廢棄物處置關(guān)鍵技術(shù)及復(fù)雜決策問題的推廣應(yīng)用。課題組2020年最新文章參考Water Research 186，116405 (2020)；Bioresource Technology 314， 123401 (2020)；Chemical Engineering Journal 399，125757 (2020)；Applied Energy 257, 113988 (2020)。

厭氧消化系統(tǒng)中導(dǎo)電碳材料潛在的DIET機(jī)制（Chemical Engineering Journal 406, 126833, 2021）

向餐廚垃圾厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)添加生物炭可以提高厭氧消化系統(tǒng)的緩沖能力，促進(jìn)種間的電子傳遞，促進(jìn)揮發(fā)酸的降解，提高產(chǎn)甲烷菌活性，吸附氨氮等抑制因子，減少停滯期進(jìn)而提高產(chǎn)甲烷速率。目前，添加生物炭已成為強(qiáng)化厭氧消化的主要措施之一，然而對(duì)生物炭強(qiáng)化厭氧消化過程的內(nèi)在機(jī)理的研究仍然存在問題。此次發(fā)表的工作從微量元素的生物利用度和酶活性之間的關(guān)系，基于KEGG在甲烷代謝途徑，研究了種間電子傳遞的潛在機(jī)制，揭示了具有石墨烯結(jié)構(gòu)的生物炭的添加強(qiáng)化厭氧消化的內(nèi)在機(jī)理。

厭氧消化系統(tǒng)中的鐵循環(huán)作用機(jī)制（Water Research 186, 116405, 2020）

厭氧消化反應(yīng)性能實(shí)驗(yàn)評(píng)估了400 °C和900 °C熱解條件下生成的生物炭對(duì)厭氧消化性能的影響。添加了900 °C熱解產(chǎn)生的生物炭的反應(yīng)器中，甲烷含量從對(duì)照組的60%的抑制值增加到75%的理論值，甲烷產(chǎn)量增加到725ml/g VS/d。酶活性測(cè)試和宏基因組分析表明，隨著微量元素生物利用度的提高，酶基因的豐度和酶活性同時(shí)增加，證明了生物炭通過提高微量元素的生物利用度來提高酶的活性，從而促進(jìn)酶的合成。根據(jù)微生物群落分析和代謝途徑分析，Pseudomonas和Methanosaeta參與了生物炭介導(dǎo)的種間電子傳遞，強(qiáng)化了二氧化碳還原的甲烷代謝途徑。