近日，市環(huán)科院與復旦大學(xué)在《Bioresource Technology》期刊上合作發(fā)表了題為“Simultaneous removal of chlorobenzene and Cr(VI)from groundwater using microbial fuel cell with low-cost Si modified ferrihydrite electrodes”的研究論文。該研究針對工業(yè)場(chǎng)地附近土壤和地下水中常見(jiàn)污染物氯苯和Cr(VI)的治理需求，開(kāi)發(fā)了一種低成本、綠色的基于鐵礦物修飾碳氈電極（CF-SiFh）的微生物燃料電池（MFC）體系，實(shí)現了陽(yáng)極氯苯氧化降解和陰極Cr(VI)還原去除，同時(shí)該體系具有一定的產(chǎn)電性能（圖1）。

圖1.SiFh修飾碳氈電極主導MFC體系中氯苯和Cr(VI)的去除效果和機制

工業(yè)場(chǎng)地附近土壤和地下水中有機物氯苯和重金屬Cr(VI)是常見(jiàn)的共存污染物，兩者都有一定的致癌和致畸性，已有的物化修復技術(shù)或單一的微生物修復技術(shù)存在能耗高或效率低的缺陷，因此開(kāi)發(fā)有效的低碳綠色修復技術(shù)符合當下“雙碳”指導方針。MFC技術(shù)不僅可以實(shí)現污染物的去除，還具有一定的產(chǎn)電性能，是常見(jiàn)的綠色修復技術(shù)之一。然而，目前MFC中污染物的去除效率主要受限于高成本貴金屬電極以及陽(yáng)極有限的電子傳遞效率，且常用的電極材料如碳基材料的導電性能不佳且不利于微生物附著(zhù)。鐵礦物因其低成本、環(huán)境友好和較好的導電性被認為是改性碳基材料的良好選擇之一。因此，本研究研發(fā)制備了含硅水鐵礦修飾碳氈電極，并應用于后續MFC中陽(yáng)極氯苯氧化降解和陰極Cr(VI)的還原去除過(guò)程和機制研究。

圖2.CF-SiFh電極主導MFC中陽(yáng)極生物膜的微生物群落結構在門(mén)水平（a）、類(lèi)水平（b）和屬水平（c）的變化

研究結果表明該SiFh修飾電極主導的MFC輸出電壓約為未修飾電極主導MFC的1.63倍，且氯苯降解效率提高了1.23倍，分析表明電極上SiFh的存在有利于陽(yáng)極導電生物膜的形成并進(jìn)一步提高電子傳遞效率。微生物群落分析表明Cupriavidus和Pandoraea在氯苯降解中占主導地位，而Lentimicrobiaceae和Rhodobacteraceae則是促進(jìn)生物膜內直接和間接電子傳遞的關(guān)鍵菌屬（圖2）。而陰極Cr(VI)通過(guò)直接或間接過(guò)程被還原為Cr(OH)3或CrxFe1-x(OH)3共沉淀物（圖1）。該研究提供了一種低碳綠色修復體系用于協(xié)同去除難降解有機物和重金屬，可為污染土壤或地下水中類(lèi)似復合污染的修復提供技術(shù)支撐，有助于低碳可持續修復技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

該研究獲國家自然科學(xué)基金（42207469）、中國博士后站中特別資助項目（2023T160429）以及2022年?yáng)|方英才計劃領(lǐng)軍項目等支持。市環(huán)科院固土所博士后貢玉鳳為該論文第一作者，固土所所長(cháng)楊潔和復旦大學(xué)王梓萌教授為本文共同通訊作者。