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首页> 中文期刊> 《环境工程学报》 >高温条件下生物炭强化丙酸与乙酸产甲烷的动力学及热力学机制

高温条件下生物炭强化丙酸与乙酸产甲烷的动力学及热力学机制

         
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针对生物炭强化互营产甲烷的动力学及热力学作用机制不明晰的问题,通过乙酸、丙酸的高温降解产甲烷批次实验,结合降解产甲烷动力学、微生物生长动力学和过程热力学分析,探究了生物炭强化乙酸、丙酸互营产甲烷的增效机制。结果表明,与对照组相比,生物炭加快了乙酸、丙酸互营产甲烷过程的降解速率和产甲烷速率,乙酸与丙酸的降解速率分别提高了8.4%和3.7%,产甲烷速率分别提高了31.3%和23.1%。微生物生长分析表明,生物炭可为微生物生长提供适宜的环境,同时也能促进微生物生长,添加生物炭使得丙酸降解过程的产甲烷微生物最大比生长速率提高了113.8%。反应过程热力学分析表明,生物炭降低了乙酸与丙酸互营产甲烷过程40.6%与19.4%的氢分压,从而降低了与氢分压相关反应的自由能,推动了种间氢转移(interspecies hydrogen transfer,IHT)反应的进行。此外,生物炭显著提升了体系内的电子传递效率,这可能是由于其自身氧化还原官能团所引发的直接种间电子转移(direct interspecies electron transfer,DIET)作用导致的,这不仅可以提高反应的电子转移效率,同时也能改善热力学效能,从而推动IHT反应并进一步强化互营产甲烷。生物炭可以通过促进微生物生长、改善热力学促进IHT以及强化DIET作用,共同提升互营产甲烷过程效能。本研究结果可为生物炭在厌氧消化中进一步的实际应用提供参考。

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