蓝藻生物质的预处理，用于生产微生物燃料电池中的生物燃料

印度圣雄甘地中央大学植物学系Prasad教授等探讨了伴随CO2封存的光养蓝藻生物量生产，选择了有效的预处理条件，然后将其用作微生物燃料电池（MFC）生产绿色燃料或生物电的原料。针对鱼腥藻（Anabaena sp.PCC 7120）生物量生产，对各种光生物反应器的性能进行了测试。在100µEm−2s−1的光照强度下，气升式生物反应器中9天的微藻生物量达到1.15 gL−1。预处理方法如超声、盐酸和H2O2处理（2%vv−1）用于消化收获的生物质。获得了更高的功率输出（6.76 Wm−3），使用2%（vv−1）酸预处理生物质消除了73.5%的COD。使用酸预处理的生物质获得了更好的结果，因为阳极电解液的电导率随着酸预处理生物质的中和而增加。结果表明，蓝藻生物量可以成功地作为可再生资源用于MFC的绿色燃料发电。

图文解读

气升式PBR获得1.14 gLinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 12px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; text-indent: 30px; background-color: rgb(255, 255, 255);”>−2sinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 12px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; text-indent: 30px; background-color: rgb(255, 255, 255);”>−2sinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 12px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; text-indent: 30px; background-color: rgb(255, 255, 255);”>−2s

Fig.1. Cyanobacterial biomass production (in different photobioreactors.

从不同的PBR中获得光自养生长的蓝藻生物量，然后收获。将收获的生物质冻干并进行不同的预处理方法，然后将其用作MFC中电生成的底物。对生物质进行了物理和化学预处理，如浴声处理、H2O2和盐酸处理。不同的预处理技术旨在将生物质中的复杂糖转化为溶解在阳极电解液中的简单糖。在HCl预处理技术中，用2%（vv

Fig. 2. Reducible sugar and protein recovery profile after different pretreatment processes.

在分批模式过程中，在36小时的进料循环时间，所有8个sMFC需要两周时间才能达到稳定条件。在操作持续时间内检测到电流缓慢上升。在100Ω的外部负载下，MFC酸T的电流生成在第8天达到最高值2.4mA。同时，用未经处理的藻类粗提取物进行MFC控制需要16天才能分别达到0.8mA废培养基的最大电流。这表明预处理生物质的MFC可以产生更多的功率输出；这也有助于减少发电的启动时间。MFC超声处理（第6次循环后）获得的最大电流输出比MFC酸T低59%，而其电流输出比MFC-H2O2T高10%。这一结果表明，在MFC中使用蓝藻生物质作为发电原料时，酸处理是合适的。

通过改变90 KΩ至40Ω的外部电阻，获得极化曲线以确定微生物燃料电池的效率。极化曲线发生器是一个有影响的实验，用于检查和描述与发电相关的燃料电池的质量。图3显示了sMFC的极化曲线。酸预处理生物质的最高发电潜力为6.76 WminkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 12px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; text-indent: 30px; background-color: rgb(255, 255, 255);”>−1，这与生物乙醇和生物氢生成过程中的先前报告非常一致。据报道，在酸/碱处理过程中可能会产生糠醛，这些在酸或碱处理中产生的不需要的糠醛化合物会抑制发酵过程。

Fig. 3. Polarization diagrams for sMFCs with varied pretreatment algal biomass as substrate (volumetric power density and DC voltage as a function of volumetric current density). Solid and open symbols represent the data points representing power density and voltage.

循环伏安法是确定电极表面氧化和还原反应如何进行的一种好方法。在CV外部施加特定电压范围后测量电流产额。电流-电压图可以获得各种数据。在所有三种类型的MFC中，都进行了CV。图4显示了几个阳极记录的循环伏安图。测量生物电容以评估具有不同预处理基底的MFC的性能。生物电容是产电细菌的电荷收集能力。通过混合培养接种物的伏安图，在不同的电位（-0.04V和+0.08V）下观察到不同预处理藻类生物量的小氧化峰。

这可能是由于各种电活性细菌氧化了基质。特征的氧化峰已变为更高的正电位，这表明两种不同类型的细菌之间的电生相互作用。在具有不同预处理衬底的MFC中观察到电容的显著差异。基于MFC酸T的阳极发现了最高的测量生物电容，表明有效的底物转化为电流生成（0.0097 FcminkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 12px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; text-indent: 30px; background-color: rgb(255, 255, 255);”>−2。通过蓝藻生物量的细胞壁破坏可氧化糖的可用性可能会导致更好的当前产量。循环伏安图证实了基质预处理的显著改善，促进了电生成。

Fig. 4. Cyclic voltammograms with different anodes- MFC-acidT, MFC-sonicationT, MFC-H2O2T and MFC-control.

总结

微藻是微小的真核生物，生长迅速，除了光合作用外，还能够将二氧化碳固定在大气中。淀粉和脂质颗粒是两种生物燃料前体，在藻类细胞中含量丰富。该研究旨在确定蓝藻生物质是否可以用作MFC中的底物。研究发现，在光自养条件下，Airlift PBR在产生最大量的生物质方面最有效。同时研究了光自养Anabaena sp. PCC 7120的几种预处理技术，并检查了它们的发电效率。