Multifunktionelle porøse ledende membraner hjælper mikrober med at spise sig frem til en hurtigere kuldioxidomdannelse

Mikroporøse ledende membraner udviklet på KAUST forventes at være med til at forme fremtiden for mikrobiel elektrosyntese for CO₂ konverteringsteknologier. Membranerne stimulerer samtidig væksten af ​​CO₂ - at spise mikrober og hjælpe med adskillelse af de biokemiske produkter.

Mikrobiel elektrosyntese er en lovende strategi til at reducere det menneskelige CO2-fodaftryk. Den bruger specifikke levende mikrober til at transformere CO₂ til nyttige kemikalier i en elektrokemisk celle via en reduktionsreaktion under påført spænding. Med reduktionen af ​​CO₂ , formerer mikroberne sig for at danne en biofilm på cellens katode, men deres vækst involverer en kedelig flertrinsberigelsesproces, der tager mere end 30 dage.

Denne berigelsesproces er en stor flaskehals for at opnå industrielt attraktiv biokemisk produktion og CO₂ biokonvertering. Et yderligere dræn er de komplekse og energikrævende teknikker, der anvendes til at isolere produkterne, som hovedsageligt består af acetat.

Hovedforfatteren Bin Bian, en postdoc i Pascal Saikalys gruppe, og kolleger havde tidligere brugt elektrokemiske bioreaktorer udstyret med ledende hulfibermembraner til at behandle spildevand. Da de gjorde dette, opdagede de en tyk biofilm dannet på hulfibermembranerne efter mikrofiltrering. "Dette antydede, at en lignende berigelsesproces for CO₂ - At spise biofilm kunne opnås i mikrobielle elektrosyntesesystemer," siger Bian.

Inspireret af denne opdagelse designede forskerne metalovertrukne keramiske hulfibermembraner til fremstilling af ledende katoder, der fremskynder mikrobiel vækst og samtidig gør acetat nemmere at adskille. Belægningen bestod af ensartet fordelte nikkelnanopartikler, der katalyserer elektrolysen af ​​vand til brint, en nøglemediator i elektronoverførslen mellem membran og mikrober.

Forskerne evaluerede ydeevnen af ​​deres membrankatode i abiotisk medium og i nærvær af slam. De fandt ud af, at i begge tilfælde var den nikkel-katalyserede produktion af brint essentiel for at øge den mikrobielle vækst og CO₂ omdannelse til acetat. "Desuden fungerede de hule fibre som CO₂ -leveringskanaler til mikroberne adsorberet på deres overflade og forbedrede følgelig effektiviteten af ​​CO₂ reduktion," siger Bian.

Mikrobielle elektrosyntesesystemer ved hjælp af de nikkelcoatede hulfiberkatoder opnåede en stabil CO₂ biokonvertering inden for en måned. "Dette overgik vores forventninger," siger Bian og bemærker, at tidligere systemer krævede mindst tre måneder for at nå stabil drift. "Dette er et vigtigt aspekt for fremtidig opskalering," forklarer han.

Mens de arbejder på præstationsforbedringer, udvider holdet nu reaktorvolumenet og behandlingskapaciteten af ​​deres mikrobielle elektrosyntesesystem. De undersøger også måder at integrere deres system med kædeforlængelseteknologi for at udvide biokonverteringen til andre værdiskabende biokemikalier end acetat og metan.

Forskningen blev offentliggjort i Chemical Engineering Journal . + Udforsk yderligere

Hjælpsomme mikrober indånder kuldioxid gennem en porøs cylindrisk elektrode og udstråler nyttige kemikalier