



上海交大低碳學院有機廢棄物資源化團隊在環境領域權威期刊發表最新研究成果
近期,上海交通大學中英國際低碳學院副教授張景新團隊在國際學術期刊《Water Research》《Applied Energy》《Chemical Engineering Journal》等期刊上發表了系列文章,主要關于鐵循環和導電材料在厭氧消化過程中的甲烷化作用機制及應用原理。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厭氧消化產氣機理的研究工作—“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中英國際低碳學院2019級碩士研究生亓秋嫻,通訊作者為上海交通大學中英國際低碳學院副教授張景新。
課題組長期與新加坡國立大學合作,基于CREATE-E2S2中心構建了長短期學生赴新加坡交流的機制,合作研究主要聚焦城市有機固體廢棄物資源化技術和生態能源系統研究,開展“超大城市的能源與環境可持續發展解決方案”Create-E2S2項目,通過集成生物處理系統(如厭氧消化系統/好氧發酵系統)、熱電聯產系統、電腦控制系統和安全系統,高效處理有機垃圾并產生電能、熱能和有機肥料等資源化產品,進一步解決超大城市發展中的有機固體廢棄物處置關鍵技術及復雜決策問題的推廣應用。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)。
厭氧消化系統中導電碳材料潛在的DIET機制(Chemical Engineering Journal 406, 126833, 2021)
向餐廚垃圾厭氧消化系統內添加生物炭可以提高厭氧消化系統的緩沖能力,促進種間的電子傳遞,促進揮發酸的降解,提高產甲烷菌活性,吸附氨氮等抑制因子,減少停滯期進而提高產甲烷速率。目前,添加生物炭已成為強化厭氧消化的主要措施之一,然而對生物炭強化厭氧消化過程的內在機理的研究仍然存在問題。此次發表的工作從微量元素的生物利用度和酶活性之間的關系,基于KEGG在甲烷代謝途徑,研究了種間電子傳遞的潛在機制,揭示了具有石墨烯結構的生物炭的添加強化厭氧消化的內在機理。
厭氧消化反應性能實驗評估了400 °C和900 °C熱解條件下生成的生物炭對厭氧消化性能的影響。添加了900 °C熱解產生的生物炭的反應器中,甲烷含量從對照組的60%的抑制值增加到75%的理論值,甲烷產量增加到725ml/g VS/d。酶活性測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,從而促進酶的合成。根據微生物群落分析和代謝途徑分析,Pseudomonas和Methanosaeta參與了生物炭介導的種間電子傳遞,強化了二氧化碳還原的甲烷代謝途徑。
厭氧消化系統中的鐵循環作用機制(Water Research 186, 116405, 2020)
厭氧消化反應性能實驗評估了400 °C和900 °C熱解條件下生成的生物炭對厭氧消化性能的影響。添加了900 °C熱解產生的生物炭的反應器中,甲烷含量從對照組的60%的抑制值增加到75%的理論值,甲烷產量增加到725ml/g VS/d。酶活性測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,從而促進酶的合成。根據微生物群落分析和代謝途徑分析,Pseudomonas和Methanosaeta參與了生物炭介導的種間電子傳遞,強化了二氧化碳還原的甲烷代謝途徑。
作者介紹
亓秋嫻,上海交通大學中英國際低碳學院2019級研究生。2019年于上海交通大學中英國際低碳學院攻讀碩士學位,導師是張景新副教授,研究方向為有機固體廢棄物處理與資源化,獲得2019-2020年研究生國家獎學金。