上海交通大学学报

上海交通大学学报, 2024, 58(10): 1567-1574 doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.081

新型电力系统与综合能源

海泥孔隙率对海底微生物燃料电池电化学性能影响及有机质扩散分析

李洋, 刘志, 宰学荣, 黄翔, 陈岩, 曹亚俐, 张怀静, 付玉彬,

中国海洋大学 a. 材料科学与工程学院; b. 化学化工学院; c. 海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室;d. 海洋地球科学学院,山东 青岛 266100

Effect of Sediment Porosity on Electrochemical Performance of Marine Sediment Microbial Fuel Cells and Analysis of Organic Matter Diffusion

LI Yang, LIU Zhi, ZAI Xuerong, HUANG Xiang, CHEN Yan, CAO Yali, ZHANG Huaijing, FU Yubin,

School of Materials Science and Engineering; b. College of Chemistry and Chemical Engineering;c. Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology; d. College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, Shandong, China

通讯作者: 付玉彬,教授,博士生导师,电话(Tel.):0532-66782752;E-mail:ffyybb@ouc.edu.cn.

责任编辑: 王历历

收稿日期: 2023-03-9   修回日期: 2023-07-12   接受日期: 2023-07-18  

基金资助: 国家自然科学基金资助项目(22075262)

Received: 2023-03-9   Revised: 2023-07-12   Accepted: 2023-07-18  

作者简介 About authors

李洋(1995—),博士生,从事海底微生物燃料电池研究.

摘要

海底沉积物微生物燃料电池(MSMFC)在长期运行过程中,海泥孔隙率影响阳极表面水平方向有机质扩散,进而影响阳极电化学性能和电池功率输出.通过人工调节孔隙率在实验室模拟并研究孔隙率对MSMFC的影响,建立孔隙率与MSMFC产电量和水平扩散系数之间定量关系式.结果表明:随着孔隙率升高,阳极动力学活性先降低后升高,最高动力学活性是最低动力学活性的3.85倍;电池最大输出功率密度在孔隙率为45.2% 时,达到最大值206.8 mW/m2.随着孔隙率的增大,有机质水平扩散系数升高,并与MSMFC产电量存在线性关系.当孔隙率为45.2%时,扩散系数为0.48 m2/s,MSMFC产电量达到804.04 J.该研究结果将为MSMFC在不同海域布放选址、阳极结构设计及电池长期产电运行提供技术支撑.

关键词： 海泥孔隙率; 海底微生物燃料电池; 电化学特性; 电池功率; 稳态扩散; 有机质水平扩散系数

Abstract

During the long-term operation of marine sediment microbial fuel cell (MSMFC) on the ocean floor, the sediment porosity affects the horizontal diffusion coefficient of organic matter near the anode,which finally influences the anodic electrochemical performance and the power output of cells. In this paper, the sediment with different sediment porosities is established in lab by artificially adjusting sediment porosity to investigate its influence on the performance of MSMFC, so as to creatively build the mathematical relationship between the energy production of MSMFC and the horizontal diffusion coefficient. With the increase of sediment porosity, the anode kinetic activity decreases and then increases, the highest kinetic activity is 3.85 times higher than the lowest kinetic activity. When the sediment porosity is 45.2%, the maximum power output reaches 206.8 mW/m2. Horizontal diffusion coefficient of organic increases with an increase in sediment porosity, and it has a linear relationship with the energy production of MSMFC. When the sediment porosity is 45.2%, the horizontal diffusion coefficient is 0.48 m2/s, and the energy production of MSMFC reaches 804.04 J. These results render a technological base for the site choice of MSMFC deploying in different marine sediments, anode design and battery operation for long term.

Keywords： sediment porosity; marine sediment microbial fuel cell (MSMFC); anode electrochemical properties; cell power; steady-state diffusion; horizontal diffusion coefficient of organic matter

PDF (4492KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

李洋, 刘志, 宰学荣, 黄翔, 陈岩, 曹亚俐, 张怀静, 付玉彬. 海泥孔隙率对海底微生物燃料电池电化学性能影响及有机质扩散分析[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(10): 1567-1574 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.081

LI Yang, LIU Zhi, ZAI Xuerong, HUANG Xiang, CHEN Yan, CAO Yali, ZHANG Huaijing, FU Yubin. Effect of Sediment Porosity on Electrochemical Performance of Marine Sediment Microbial Fuel Cells and Analysis of Organic Matter Diffusion[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2024, 58(10): 1567-1574 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.081

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)是一种环境友好型、发展前景广阔的生物电化学系统,主要利用产电微生物催化氧化沉积物或废水中的有机质,将化学能转化为电能[1].海底微生物燃料电池 (marine sediment microbial fuel cell,MSMFC) 是一种特殊MFC,其阳极布置于海底沉积物中,汲取海泥中微生物代谢有机质产生的电子.电子在海水和海底沉积物之间电势差的作用下,经外电路传递到海水中的阴极,与海水溶解氧(O2)发生氧还原反应释放能量,形成可原位供电的电池装置,进而作为海底原位电源驱动探测传感器长期运行[2].

整个电池系统中, 海底沉积物中的阳极是装置稳定产电的核心组件,其附近有机质浓度是影响阳极产电性能的关键因素.侯路遥等[3]向海底沉积物中添加腐殖酸等对阳极进行改性,发现有机质对电池产电影响显著,添加有机质后电池最大输出功率密度520.72 mW/m2,是未添加组的1.9倍.Marmonier等[4]研究法国Rhône河中微生物随有机质含量变化情况,发现沉积物中有机质可分为颗粒有机碳和溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC),并且孔隙水中DOC含量升高对微生物代谢活动起促进作用.Gómez-Letona等[5]对单糖、 氨基酸和脂肪酸等DOC开展进一步研究,发现DOC对微生物的促进作用主要借助DOC扩散机制完成.随着孔隙水中DOC在沉积物中自由扩散,微生物有足够营养物质进行代谢活动.

在海洋学领域,针对沉积物有机质在孔隙水中扩散的研究主要集中在有机质垂向扩散.张明宇等[6]整理文献并系统归纳得到有机质堆积速率与孔隙率(Φ)的关系.我国海域辽阔、沉积物多样导致各个海域的Φ不尽相同,这使得实际海底有机质含量和扩散速率均存在差异,致使不同海域布放的MSMFC有不同电化学性能[7-8].探索海底沉积物中Φ与MSMFC电化学性能相关性对MSMFC海域选择和阳极设计具有重要指导意义.迄今为止,沉积物中Φ对有机质水平扩散的影响及MSMFC性能相关性的研究尚无报道,无法预估海域内沉积物产电潜能,导致MSMFC实海布放后存在无法产电的风险,后期维修投入巨大,不利于发挥MSMFC低成本原位电源的优势.

在海底沉积物中加入不同粒径的石英砂模拟沉积物Φ变化,研究不同Φ对MSMFC电化学性能和有机质水平扩散的影响,建立MSMFC在运行过程中有机质水平扩散与Φ和MSMFC电化学性能之间的关系,分析有机质水平扩散规律,进而预估海域沉积物产电潜能,为 MSMFC 在海底长期应用和实海布放奠定技术基础.

1 实验与方法

1.1 MSMFC构建

1.1.1 阳极准备

将碳毡切成3 cm×3 cm×0.3 cm的方形,清理固体杂质和油脂杂质.随后用去离子水冲洗并在80 ℃下干燥得到清洁的碳毡.最后,用直径1 mm的钛丝穿接碳毡,得到MSMFC阳极.

1.1.2 不同孔隙率模型准备

海底沉积物取自中国青岛胶州湾(东经119°40',北纬36°25'),预处理后与不同规格的石英砂混合,得到不同Φ的沉积物模型样品(见表1).

表1   不同孔隙率沉积物MSMFC模型对照

Tab.1  Comparison of MSMFC models of sediments with different porosities

样品石英砂比例(粒径/μm
150∶300∶850)		质量比
(海底沉积物∶总砂)
MSMFC-00∶0∶01∶0
MSMFC-11∶2∶31∶1
MSMFC-21∶1∶21∶1
MSMFC-31∶1∶11∶1

新窗口打开| 下载CSV


1.1.3 MSMFC组装及有机质提取

将1.1.1和1.1.2中准备的样品进行组装,连接负载电阻1 kΩ (见图1(a)).将玻璃管插入MSMFC模型的海底沉积物中,待玻璃管底端与阳极底端持平后堵住另一头,并将玻璃管抽出,所取泥样冷冻干燥后备用.取点位置沿与碳毡垂直的方向选取.由碳毡表面水平向两侧延伸, 每侧取5个点(见图1(b)),取样周期为 10 d.

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   MSMFC装置及取样示意

Fig.1   Diagram of MSMFC device and sampling


1.2 分析方法

1.2.1 沉积物孔隙率和有机质测定

采用冷冻干燥法进行测试,以失水量表征沉积物的Φ.每组取沉积物5 g,冷冻干燥后称取质量,计算失水率,以此表征沉积物的Φ.实验组测试取样沉积物为原位海泥和石英砂1∶1混合所得,为与对照组保持计算的一致性,实验组Φ值取失水量2倍.

使用烧失量(LOI)表征有机质含量,称量取样沉积物的湿重(DW105)和干重(DW600),依据LOI=(DW105-DW600)/DW105 计算有机质含量[9].

1.2.2 微生物表征和产电性能测试

使用荧光显微镜对阳极表面的细菌数量进行计数,使用4', 6-二脒基-2-苯基吲哚(4', 6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)对目标样品进行染色,并利用DAPI计数法计算微生物数量[10];利用CHI660E电化学工作站测量电极塔费尔(Tafel)曲线和循环伏安(cyclic voltammetry, CV)曲线.测试体系使用三电极,工作电极、对电极和参比电极分别为样品电极、铂片电极(30 mm×30 mm) 和银/氯化银(Ag/AgCl)电极.电化学测试电位范围为 -0.2~0.8 V,扫描速度为1.0 mV/s;通过改变90 kΩ至100 Ω外部电阻测试电池输出功率密度,从而得到最大输出功率密度.全文无特殊标注参比电极均为Ag/AgCl电极.

2 结果和分析

2.1 孔隙率分析

原始沉积物Φ为38.4%,加入石英砂混合物后Φ随石英砂比例变化而变化.其中,MSMFC-3组Φ最高,为ΦMSMFC-3=52.0%,其他组分别为ΦMSMFC-1=45.2%、ΦMSMFC-2=49.6% (见表2).海底沉积物Φ增加使得其含水量上升,导致海底沉积物中微生物生存环境改变,形成不同Φ梯度,呈现ΦMSMFC-3>ΦMSMFC-2>ΦMSMFC-1>ΦMSMFC-0(见图2).

表2   不同组别孔隙率数据对照

Tab.2  Comparison of porosity data of different groups

样品质量/g失水
量/g		失水
率/%		Φ/
%
冷冻干燥前冷冻干燥后
MSMFC-022.0420.121.9238.438.4
MSMFC-121.0619.931.1322.645.2
MSMFC-222.3021.061.2424.849.6
MSMFC-322.2320.931.3026.052.0

新窗口打开| 下载CSV


图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   不同组别孔隙率

Fig.2   Porosity of different groups


2.2 微生物数量分析

按菌落形成单位(CFU)算,以CFU/m2为单位计数.MSMFC-0微生物数量为1.165×1011 CFU/m2,MSMFC-1~3微生物数量依次为1.955×1010、1.711×1010和1.479×1010 CFU/m2.不同组别阳极附近微生物数量由大到小依次为MSMFC-0、MSMFC-1、MSMFC-2、MSMFC-3(见图3),出现明显数量波动.MSMFC-0组微生物数量(约1011 CFU/m2)是对照组MSMFC-1~3(约1010 CFU/m2)的10倍,证实有机质含量与微生物数量存在正相关.MSMFC-1~3微生物丰度随Φ增大而递减,Φ与微生物数量呈负相关性.

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   荧光显微镜下阳极表面微生物分布

Fig.3   Distribution of microorganisms on anode surface


2.3 阳极电势分析

MSMFC-0具有最小孔隙率38.4%和最高阳极电位-427 mV,MSMFC-3则具有最高孔隙率52%和最低阳极电位-242 mV(见表3).Φ值越高,阳极电位越倾向于正向,越不利于阳极附近电子富集.

表3   不同孔隙率MSMFC阳极电位

Tab.3  Anode potential of MSMFC with different porosities

样品阳极电位/mVΦ/%
MSMFC-0-42738.4
MSMFC-1-27845.2
MSMFC-2-26949.6
MSMFC-3-24252.0

新窗口打开| 下载CSV


2.4 循环伏安曲线分析

CV曲线如图4所示,MSMFC-0~3阳极电容(C)分别为82.3、33.6、47.3 和56.4 mF如表4所示.表中:i为峰电流;φ为峰电势.随着Φ增大,阳极电容能力受到减弱,呈现出先降低后升高的趋势.综合分析表3和表4可知,阳极电容受Φ直接影响,随Φ变化为45.2%、49.6%和52.0%;阳极附近形成类似溶液的物理环境,使得氧化还原峰电流升高,致使电容增加,故阳极电容先降低后升高.

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   不同孔隙率阳极CV曲线

Fig.4   CV curves of anodes with different porosities


表4   不同孔隙率阳极CV曲线参数

Tab.4  Parameters of CV curves of anodes with different porosities

样品氧化峰还原峰C/
mF
i/mAφ/Vi/mAφ/V
MSMFC-00.4790.066-0.402-0.26882.3
MSMFC-10.1450.039-0.136-0.28633.6
MSMFC-20.2140.028-0.241-0.31847.3
MSMFC-30.233-0.002-0.294-0.32056.4

新窗口打开| 下载CSV


2.5 Tafel 曲线分析

MSMFC-0~3阳极交换电流密度(i0)分别为 9.462×10-3、2.465×10-3、2.739×10-3和 3.204×10-3 mA/cm2(见图5和表5).由图表可见:随着Φ增大,电极动力学活性(K)出现差异.KMSMFC-1相对KMSMFC-0降低74%, KMSMFC-2、KMSMFC-3分别增长为KMSMFC-1的1.1倍和1.3倍.其原因为当海底沉积物中有机质含量确定后,Φ升高引起阳极附近有机质扩散速度加快,使得阳极动力学活性提升.Φ对动力学活性的强化作用导致动力学活性呈先降低后升高趋势[11].

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   不同孔隙率阳极Tafel曲线

Fig.5   Tafel plot of anodes with different porosities


表5   不同孔隙率阳极交换电流密度参数

Tab.5  Parameters of anode exchange current density with different porosities

样品i0×103/(mA·cm-2)K
MSMFC-09.4621.00
MSMFC-12.4650.26
MSMFC-22.7390.29
MSMFC-33.2040.34

新窗口打开| 下载CSV


2.6 最大功率密度曲线

实验组最大功率密度(Pmax)如图6和表6所示.图中:Q为50 d放电总量.最大功率密度最高值为206.8 mW/m2(MSMFC-1),最低值为182.0 mW/m2(MSMFC-2),功率密度最高值是最低值的1.14倍,是空白对照组的1.11倍.随着Φ增加,MSMFC最大输出功率密度呈先升高后降低再回升的趋势.其原因为MSMFC工作过程中,有机质在沉积物内随孔隙水循环发生迁移扩散,沉积物内Φ大小不均造成有机质含量分布差异,使得微生物富集不均,致使各组最大功率密度呈波浪形变化[12].

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6   不同孔隙率阳极最大功率密度曲线

Fig.6   Maximum power density of anodes with different porosities


表6   不同孔隙率阳极的最大功率及50 d放电总量

Tab.6  Maximum power of anodes with different porosities and total discharge in 50 days

样品Pmax/(mW·m-2)Q/J倍率关系
MSMFC-0185.90722.781.00
MSMFC-1206.80804.041.11
MSMFC-2182.00707.620.98
MSMFC-3192.00746.501.03

新窗口打开| 下载CSV


2.7 有机质含量及其扩散分析

MSMFC连成回路后, 待电池稳定后开始第一次测量,测试取样质量为500 mg.各取样点有机质含量为35.9 mg (MSMFC-0)、17.75 mg (MSMFC-1)、17.71 mg (MSMFC-2)和17.79 mg (MSMFC-3)(见表7).

表7   初始有机质含量明细

Tab.7  Details content of initial organic matter

距离/
cm		含量/mg
MSMFC-0MSMFC-1MSMFC-2MSMFC-3
036.0018.0018.0018.05
236.0018.0018.0018.00
436.0018.0017.8017.90
636.0017.5017.6017.70
735.5017.2517.1517.30

新窗口打开| 下载CSV


对照组和实验组有机质含量测试结果除距离为0外,2、 4、6和7 cm位置的有机质含量均降低(见图7).在50 d产电过程中,阳极表面处(7 cm)有机质含量依次为33.15 mg (MSMFC-0)、15.90 mg (MSMFC-1)、16.00 mg (MSMFC-2)和15.85 mg (MSMFC-3)(见附录A),距离阳极表面的0 cm处有机质含量趋于稳态不变.有机质沿水平方向从高浓度向低浓度扩散,变化量相对稳定,因此认为属于准稳态扩散,满足菲克第一定律[13]:

Jm=-Dm∂c∂x

式中:Jm为有机质扩散通量;Dm为有机质扩散系数;∂c/∂x为单位距离有机质含量变化,其中c为有机质含量,x为单位距离.

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7   阳极附近沉积物测试有机质含量变化

Fig.7   Content of organic matter in sediments of anodes


MSMFC在50 d产电过程中,有机质持续稳态扩散补充阳极附近微生物产电反应所需能量.结合有机质稳态扩散的最终结果,得到有机质含量与距离的线性关系式(见表8)[14-15].表中:R2为线性决定系数.

表8   第5次取样有机质含量与距离关系

Tab.8  Relationship between content of organic matter and distance in the fifth sampling

样品关系式R2
MSMFC-0c=-0.398x + 36.4200.880
MSMFC-1c=-0.292x + 18.1210.970
MSMFC-2c=-0.282x + 18.1300.970
MSMFC-3c=-0.296x + 18.0650.980

新窗口打开| 下载CSV


Rabaey[16]总结化合物转化为电量计算方法,折算完全氧化CnHaObNm释放电子量,得出1 kg有机质大约生成4 kW·h能量.根据50 d时MSMFC产出的总能量,得到MSMFC-0~3理论最高消耗有机质分别为50.19、55.84、49.14、51.84 mg,进而电池阳极表面有机质水平扩散通量Jm依次为0.012 9、0.014 3、 0.012 6、 0.013 3 mg/(m2·s) (见表9).

表9   不同孔隙率有机质水平扩散系数

Tab.9  Horizontal diffusion coefficient of organic matter with different porosities

样品Φ/%∂c∂xJm/[mg·
(m2·s)-1]		Dm/
(m2·s-1)		单位时间
产电量/
(J·d-1)
MSMFC-038.4-0.3980.01290.3214.46
MSMFC-145.2-0.2920.01430.4816.08
MSMFC-249.6-0.2820.01260.4414.15
MSMFC-352.0-0.2960.01330.4514.93

新窗口打开| 下载CSV


不同Φ对应不同Dm.当Φ增大时会导致Dm增加,进而表现为有机质水平扩散速度的加快.当有机质含量是固定值时,高Φ阳极表面有机质含量高于低Φ表面,加速有机质由化学能转化为电能[17].其中总电量Q=-Dm∂c∂xSkt,S为电极面积,k为单位有机质转化为电量的常数,t为时间.

3 结论

创造性建立沉积物Φ与MSMFC产电量、有机质水平扩散系数Dm的联系,为MSMFC实海布放、海域选择和阳极结构设计提供重要技术支撑, 主要结论如下.

(1) 通过添加石英砂人工模拟Φ变化,Φ增大降低沉积物微生物数量,使得电池阳极电位升高,阳极电容特性和交换电流密度呈现先降低后升高的趋势.同基质环境下,随着Φ升高,电极电容能力和动力学活性得到强化.

(2) MSMFC最大输出功率密度随Φ增大呈先升高后降低趋势,各实验电池最大输出功率密度依次为185.9、206.8、182.0和192.0 mW/m2,Φ变化对电池产电性能产生双重影响.

(3) Φ增大对有机质在海泥中的扩散产生促进作用,各实验组水平扩散系数分别为0.32、0.48、0.44和0.45 m2/s,当工作负载与MSMFC内阻一致时,MSMFC输出功率最大,沉积物中有机质水平扩散符合准稳态,产电量可由总电量公式推算.

目前,实验室人工模拟调节沉积物Φ可实现Φ和Dm的测算,进而可推算MSMFC产电量,该结果补充了沉积物有机质水平扩散速率对MSMFC产电性能研究的不足,能服务于沉积物成岩机理研究.但实际海底沉积物Φ研究尚不完善,未来拟开展实际海底沉积物Φ变化与海洋微生物燃料电池产电性能相关性研究.

附录见本刊网络版(xuebao.sjtu.edu.cn/article/2024/1006-2467/1006-2467-58-10-1567.shtml)

附录A

表A1   MSMFC-0有机质5次测量含量随距离变化明细

Tab.A1  Variation of organic matter content in 5 measurements with distance in MSMFC-0

距离/
cm		含量/mg
1次2次3次4次5次
036.0036.0036.0036.0036.00
236.0036.0036.0036.0036.00
436.0036.0035.8035.5035.10
636.0035.5534.5034.4034.30
735.5034.5033.5033.2033.15

新窗口打开| 下载CSV


表A2   MSMFC-1有机质5次测量含量随距离变化明细

Tab.A2  Variation of organic matter content in 5 measurements with distance in MSMFC-1

距离/
cm		含量/mg
1次2次3次4次5次
018.0018.0018.0018.0018.00
218.0018.0018.0017.7517.60
418.0017.7417.5017.3517.10
617.5017.4817.2016.9016.45
717.2517.1716.5016.1015.90

新窗口打开| 下载CSV


表A3   MSMFC-2有机质5次测量含量随距离变化明细

Tab.A3  Variation of organic matter content in 5 measurements with distance in MSMFC-2

距离/
cm		含量/mg
1次2次3次4次5次
018.0018.0018.0018.0018.00
218.0018.0018.0018.0017.65
417.8017.7017.5017.3017.15
617.6017.4517.3516.7016.50
717.1517.0016.5016.2016.00

新窗口打开| 下载CSV


表A4   MSMFC-3有机质5次测量含量随距离变化明细

Tab.A4  Variation of organic matter content in 5 measurements with distance in MSMFC-3

距离/
cm		含量/mg
1次2次3次4次5次
018.0518.0018.0018.0018.00
218.0017.9417.8017.5517.45
417.9017.6017.5017.2517.05
617.7017.3017.0016.6016.35
717.3017.1016.8016.0515.85

新窗口打开| 下载CSV


参考文献

GUPTA S, PATRO A, MITTAL Y, et al.

The race between classical microbial fuel cells, sediment-microbial fuel cells, plant-microbial fuel cells, and constructed wetlands-microbial fuel cells: Applications and technology readiness level

[J]. Science of the Total Environment, 2023, 879: 162757.

[本文引用: 1]

OLIAS L G, OTERO A R, CAMERON P J, et al.

A soil microbial fuel cell-based biosensor for dissolved oxygen monitoring in water

[J]. Electrochimica Acta, 2020, 362: 137108.

[本文引用: 1]

侯路遥, 周长阳, 陈岩, 等.

腐殖酸和木质素磺酸钠对海底沉积物微生物燃料电池性能影响的比较研究

[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2022, 52 (Sup.1): 36-41.

[本文引用: 1]

HOU Luyao, ZHOU Changyang, CHEN Yan, et al.

Comparative study of the effects humic acid and sodium lignosulfonate on the performance of marine sediments microbial fuel cells

[J]. Periodical of Ocean University of China, 2022, 52 (Sup.1): 36-41.

[本文引用: 1]

MARMONIER P, FONTVIEILLE D, GIBERT J, et al.

Distribution of dissolved organic carbon and bacteria at the interface between the Rhône River and its alluvial aquifer

[J]. Journal of the North American Benthological Society, 1995, 14(3):382-392.

[本文引用: 1]

GÓMEZ-LETONA M, SEBASTIÁN M, BAÑOS I, et al.

The importance of the dissolved organic matter pool for the carbon sequestration potential of artificial upwelling

[J]. Frontiers in Marine Science, 2022, 9: 969714.

[本文引用: 1]

张明宇, 常鑫, 胡利民, 等.

东海内陆架有机碳的源-汇过程及其沉积记录

[J]. 沉积学报, 2021, 39(3): 593-609.

[本文引用: 1]

ZHANG Mingyu, CHANG Xin, HU Limin, et al.

Source-to-sink process of organic carbon on the inner shelf of the East China Sea and its sedimentary records

[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2021, 39(3): 593-609.

[本文引用: 1]

PUSHKAR P, KUMAR MUNGRAY A.

Electrochemical evaluation of lab-scale chamber benthic microbial fuel cell

[J]. Sustainable Energy Technologies & Assessments, 2021, 48: 101655.

[本文引用: 1]

DZIEGIELOWSKI J, METCALFE B, DI LORENZO M.

Towards effective energy harvesting from stacks of soil microbial fuel cells

[J]. Journal of Power Sources, 2021, 515: 230591.

[本文引用: 1]

CHI J L, FAN Y K, WANG L J, et al.

Retention of soil organic matter by occlusion within soil minerals

[J]. Reviews in Environmental Science & Bio/Technology, 2022, 21(3): 727-746.

[本文引用: 1]

杨辰, 颜国正, 周泽润, 等.

人造肛门括约肌经皮无线供能系统安全性及相容性分析

[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(9): 1151-1157.

DOI:10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.196      [本文引用: 1]

通过仿真与实验相结合,对人造肛门括约肌经皮无线供能系统的生物安全性问题及植入后的生物相容性问题进行研究.生物安全性研究基于生物电磁辐射量仿真及供能时的温升情况.生物相容性研究基于活体实验中供能系统周围组织切片染色实验结果.生物安全性研究结果表明,经皮无线供能系统在谐振频率为110 kHz,发射端输出功率为10 W的实验环境下,生物电磁安全性优异,局部比吸收率远低于国际人体电磁安全标准;且经过30 min的快速充电,系统温升仅为2.81 ℃,低于温升阈值4.8 ℃,具有较好的温控安全性.无线供能系统的切片染色实验结果表明,采用聚醚醚酮外壳能够显著减少免疫排斥,提升系统的生物相容性.

YANG Chen, YAN Guozheng, ZHOU Zerun, et al.

Biocompatibility and biosafety analysis of transcutaneous energy transfer system of artificial anal sphincter

[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(9): 1151-1157.

[本文引用: 1]

马一宁, 施润, 张铁锐.

三相界面电催化二氧化碳还原研究进展

[J]. 化学学报, 2021, 79(4): 369-377.

DOI:10.6023/A20110540      [本文引用: 1]

电催化二氧化碳还原是能源化学及催化科学的研究重点与难点. 气-固-液三相界面模型作为物理化学中的基本概念, 近年来被越来越多地应用于电催化二氧化碳还原反应的研究, 其相比于传统固-液两相体系表现出了诸多优点. 本综述阐述了三相界面电催化二氧化碳还原研究进展, 对三相界面电催化体系进行分类及原理探究. 再具体到二氧化碳还原反应, 讨论其水下超亲气体系以及气体扩散层体系的结构特性及电催化性质, 并对包括反应物界面扩散及界面浸润性等影响因素进行了系统分析. 最后对当前研究存在的问题及今后电催化二氧化碳还原领域的发展方向进行了总结与展望.

MA Yining, SHI Run, ZHANG Tierui.

Research progress on triphase interface electrocatalytic carbon dioxide reduction

[J]. Acta Chimica Sinica, 2021, 79(4): 369-377.

DOI:10.6023/A20110540      [本文引用: 1]

Electrocatalytic carbon dioxide reduction is the focus and nodus of energy chemistry and catalytic science. As a basic concept in physical chemistry, gas-solid-liquid triphase interface model has been widely studied in electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction in recent years, showing many advantages compared with traditional solid-liquid biphase systems. In this review, we discuss the research progress of triphase interface eletrocatalytic carbon dioxide reduction, focused on the classification as well as the principle of triphase interface eletrocatalytic systems. Then, carbon dioxide electroreduction properties of various triphase systems including underwater superaerophilic and gas diffusion layer systems are discussed, with special attention on the influence factors, such as the interfacial diffusion and interfacial wettability of reactants. Finally, we summarize and prospect the existing problems and the future development direction of electrocatalytic carbon dioxide reduction based on triphase systems.

YU B, FENG L, HE Y L, et al.

Effects of anode materials on the performance and anode microbial community of soil microbial fuel cell

[J]. Journal of Hazardous Materials, 2021, 401: 123394.

[本文引用: 1]

CHRISTOV I C, STONE H A.

Non-Fickian macroscopic model of axial diffusion of granular materials in a long cylindrical tumbler

[J]. Mechanics Research Communications, 2023, 129: 104100.

[本文引用: 1]

LIU S H, SU Y H, CHEN C C, et al.

Simultaneous enhancement of copper removal and power production using a sediment microbial fuel cell with oxygen separation membranes

[J]. Environmental Technology & Innovation, 2022, 26: 102369.

[本文引用: 1]

CASULA E, MOLOGNONI D, BORRÀS E, et al.

3D modelling of bioelectrochemical systems with brush anodes under fed-batch and flow conditions

[J]. Journal of Power Sources, 2021, 487: 229432.

[本文引用: 1]

RABAEY K. Bioelectrochemical systems: From extracellular electron transfer to biotechnological application[M]. London; New York: IWA Publishing, 2010.

[本文引用: 1]

CASULA E, KIM B, CHESSON H, et al.

Modelling the influence of soil properties on performance and bioremediation ability of a pile of soil microbial fuel cells

[J]. Electrochimica Acta, 2021, 368: 137568.

[本文引用: 1]

/

〈 〉