随着规模化畜牧业的快速发展，产生了大量的动物粪便并对生态环境造成了严重的污染。厌氧发酵产沼气工程是将废弃生物质转化为清洁能源的有效技术之一。已有的研究表明：在厌氧发酵系统中引入碳基材料、微量金属元素、氧化物等能够有效地改善发酵系统的发酵性能，如改善发酵环境、提高有机质降解率、提高发酵系统的缓冲性能、缩短发酵周期、改善沼渣沼液的稳定性及其肥效性等。因此，开发高效的厌氧发酵促进剂并理解其在厌氧发酵中的作用机制，对于实现废弃物的高转化率和资源化利用具有重大意义。

近期，西安建筑科技大学功能材料研究所云斯宁教授（点击查看介绍）（通讯作者）新能源材料研究团队在国际生物资源技术权威期刊Bioresource Technology (简称BITE) 发表了研究论文，报道了该课题组开发的生物质衍生碳基复合促进剂，并将其应用到牛粪厌氧发酵系统中。研究结果显示：与对照组的累积沼气产量（435.8 mL/g VS）和TCOD降解率（50.74%）相比，引入生物质衍生碳基复合促进剂可显著提高发酵系统的性能（累积产气量：507.8–585.0 mL/g VS；TCOD降解率：56.65–71.11%）。进一步研究结果显示：引入生物质衍生碳基复合促进剂后，该发酵系统中获得的沼渣具有良好的稳定性和优异的氮、磷、钾营养元素含量。此外，该工作采用理论计算为理解其在厌氧发酵系统中的作用机制提供了理论依据。研究结果为新型厌氧发酵复合促进剂的设计与研发提供了新的思路。

图1. 生物质衍生碳基复合促进剂在厌氧发酵系统中的应用效果

为理解复合促进剂在厌氧发酵中的作用机制，作者提出了一种可能的作用机制（如图2），生物质衍生碳基复合促进剂在厌氧发酵系统中扮演了电子载体的角色，用来传导并加速微生物之间的生物电子传递过程；第一性原理密度泛函理论计算进一步为理解这种作用机制，以及为理解增强微生物之间生物电子传递过程提供了理论依据。

图2. 生物质衍生碳基复合促进剂在厌氧发酵系统中的作用机制

这项工作通过添加生物质衍生碳基复合促进剂显著提高了厌氧发酵底物利用率、改善发酵环境、提高沼渣沼液的稳定性和肥效等，有望实现废弃物的无害化和资源化综合利用。提出的生物质衍生碳基复合促进剂在厌氧发酵系统中潜在的作用机制从理论上阐明了其对发酵性能提升的内在原因，这为未来厌氧发酵复合促进剂的研发提供了理论基础和技术支撑。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Role of biomass-derived carbon-based composite accelerants in enhanced anaerobic digestion: Focusing on biogas yield, fertilizer utilization, and density functional theory calculations

Jiageng Chen, Sining Yun*, Jing Shi, Ziqi Wang, Yasir Abbas, Kaijun Wang, Feng Han, Bo Jia, Hongfei Xu, Tian Xing, Bingjie Li

Bioresource Technol., 2020, 307, 123204, DOI: 10.1016/j.biortech.2020.123204

导师介绍

云斯宁

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