近日，市環(huán)科院與復(fù)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)場地附近土壤和地下水中常見污染物氯苯和Cr(VI)的治理需求，開發(fā)了一種低成本、綠色的基于鐵礦物修飾碳?xì)蛛姌O（CF-SiFh）的微生物燃料電池（MFC）體系，實(shí)現(xiàn)了陽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?xì)蛛姌O主導(dǎo)MFC體系中氯苯和Cr(VI)的去除效果和機(jī)制

工業(yè)場地附近土壤和地下水中有機(jī)物氯苯和重金屬Cr(VI)是常見的共存污染物，兩者都有一定的致癌和致畸性，已有的物化修復(fù)技術(shù)或單一的微生物修復(fù)技術(shù)存在能耗高或效率低的缺陷，因此開發(fā)有效的低碳綠色修復(fù)技術(shù)符合當(dāng)下“雙碳”指導(dǎo)方針。MFC技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)污染物的去除，還具有一定的產(chǎn)電性能，是常見的綠色修復(fù)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(dǎo)電性能不佳且不利于微生物附著。鐵礦物因其低成本、環(huán)境友好和較好的導(dǎo)電性被認(rèn)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?xì)蛛姌O，并應(yīng)用于后續(xù)MFC中陽極氯苯氧化降解和陰極Cr(VI)的還原去除過程和機(jī)制研究。

圖2.CF-SiFh電極主導(dǎo)MFC中陽極生物膜的微生物群落結(jié)構(gòu)在門水平（a）、類水平（b）和屬水平（c）的變化

研究結(jié)果表明該SiFh修飾電極主導(dǎo)的MFC輸出電壓約為未修飾電極主導(dǎo)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的存在有利于陽極導(dǎo)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(dǎo)地位，而Lentimicrobiaceae和Rhodobacteraceae則是促進(jìn)生物膜內(nèi)直接和間接電子傳遞的關(guān)鍵菌屬（圖2）。而陰極Cr(VI)通過直接或間接過程被還原為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(fù)體系用于協(xié)同去除難降解有機(jī)物和重金屬，可為污染土壤或地下水中類似復(fù)合污染的修復(fù)提供技術(shù)支撐，有助于低碳可持續(xù)修復(fù)技術(shù)的進(jìn)一步開發(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(xiàng)目（2023T160429）以及2022年東方英才計(jì)劃領(lǐng)軍項(xiàng)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，固土所所長楊潔和復(fù)旦大學(xué)王梓萌教授為本文共同通訊作者。