科学网—烟台工程职业技术学院与烟台大学合作：葡萄疏果的新用途，用于高效发电和啤酒厂废水处理
在全球寻求可持续能源解决方案的大背景下，烟台工程职业技术学院与烟台大学的研究团队合作，发现了一种创新途径——利用葡萄疏果，通过碳化处理制备出高性能的微生物燃料电池（MFC）阳极材料。这一突破不仅为废弃的葡萄疏果找到了新的价值，还为高效发电和啤酒厂废水处理提供了一种环保且经济的解决方案。
葡萄疏果，原本是葡萄园中的农业副产品，通常被视为废弃物。然而，这项研究赋予了它们新的生命。研究团队通过将葡萄疏果进行高温碳化处理，制备出具有大孔隙结构的三维多孔碳材料，这些材料不仅成本低廉，而且制备过程简单。
MFC是一种能够将有机物质中的化学能直接转换为电能的装置。在MFC中，阳极材料的性能对于电池的整体性能至关重要。阳极材料需要具备良好的电子传导性、生物相容性和足够的比表面积，以促进微生物的附着和电子的传递。
研究团队采用800°C、900°C和1000°C不同的碳化温度，制备了三种不同的CG材料。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）等技术，研究了CG材料的表面形貌、组成和结构。结果显示，CG-900在生物相容性和电子传导性方面表现最佳，具有更粗糙的表面和更多的孔隙结构，有利于细菌的附着和生物膜的形成。
在实验室条件下，研究团队构建了H型双室MFC系统，使用CG材料作为阳极，与传统的碳布（CC）作为对照组进行比较。测试结果表明，CG-900阳极的MFC在启动时间、电压稳定性和功率密度等方面均优于传统碳布阳极的MFC。特别是在处理啤酒厂废水时，CG-900阳极的MFC展现出了3.52 W/m2的最大功率密度和85.5%的化学需氧量（COD）去除率。
研究团队还对附着在阳极表面的生物膜进行了表征。通过SEM和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察，发现CG-900阳极上的生物膜更加密集，且具有更好的生物相容性。16S rRNA基因测序技术揭示了生物膜中微生物群落的多样性，其中Geobacter属是主要的电活性微生物。
这项研究不仅展示了一种将农业废弃物转化为高附加值产品的创新途径，还为啤酒厂废水的资源化处理提供了新的解决方案。MFC技术的应用不仅能够有效处理废水中的有机污染物，还能同时回收能源，实现环境治理与能源回收的双重效益。
烟台工程职业技术学院与烟台大学的合作研究，为葡萄疏果这一农业副产品找到了新的应用方向。通过将其转化为高性能的MFC阳极材料，不仅提升了MFC的发电效率，也为啤酒厂废水的处理提供了一种新的技术选择。随着研究的深入，这种基于农业废弃物的MFC阳极材料有望在实际应用中得到更广泛的推广，为环境保护和可持续发展做出贡献。
Molecules 2024, 29(12), 2936; https://doi.org/10.3390/molecules29122936
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