Pyrogenic carbon facilitated microbial extracellular electron transfer in electrogenic granular sludge via geobattery mechanism

化学 电子转移 胞外聚合物 细胞外 电化学 碳纤维 生物膜 电子供体 胞外多糖 化学工程 细菌 多糖 电极 有机化学 生物化学 催化作用 材料科学 生物 复合数 工程类 物理化学 复合材料 遗传学
作者
Nannan Zhao,Yuhang Liu,Yifeng Zhang,Zhongjian Li
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:220: 118618-118618 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.watres.2022.118618
摘要

Electroactive pyrogenic carbon (PC) is an intriguing candidate for realizing the ambitious goals of large-scale applications of microbial electrochemical technologies (METs). In this study, PC was employed to promote the extracellular electron transfer (EET) within the electrogenic granular sludge (EGS) by acting as an electron conduit. The pecan shell-derived PC prepared at three temperatures (600, 800, and 1000 ˚C) contained rich oxygenated-functional moieties (mainly quinone) on the surface, endowing a good electron transfer capacity (EEC). The maximum current density (Jmax) of EGS with PC amendment outperformed the control EGS without PC amendment, i.e., 100-132 times higher than Jamx of EGS in the absence of PC. Among various pyrolysis temperatures, the PC derived from 600 ˚C produced the highest Jmax (0.40 A/ m2), 0.67-times, and 0.33-times higher than that of PC derived from 800 and 1000 ˚C, respectively. Furthermore, more polysaccharides were secreted in extracellular polymeric substance with PC amendments. The microbial community analysis demonstrated that the PC favored the growth of electroactive bacteria over methanogens. The metabolic pathway revealed that PC induced more functional enzymes in the quinone biosynthesis and cytochrome c and heme synthesis, resulting in an enhanced EET. The EEC of PC was responsible for the EET enhancement effect via PC acting as a geobattery to wire up the EGS and electrodes. Overall, this study pinpoints the finding of PC role in a mixed electroactive biofilm and provides a wide scenario of the PC applications in MET at large scales.
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