近日，市環(huán)科院與復旦大學在《Bioresource Technology》期刊上合作發(fā)表了題為“Simultaneous removal of chlorobenzene and Cr(VI)from groundwater using microbial fuel cell with low-cost Si modified ferrihydrite electrodes”的研究論文。該研究針對工業(yè)場地附近土壤和地下水中常見污染物氯苯和Cr(VI)的治理需求，開發(fā)了一種低成本、綠色的基于鐵礦物修飾碳氈電極（CF-SiFh）的微生物燃料電池（MFC）體系，實現(xiàn)了陽極氯苯氧化降解和陰極Cr(VI)還原去除，同時該體系具有一定的產(chǎn)電性能（圖1）。

圖1.SiFh修飾碳氈電極主導MFC體系中氯苯和Cr(VI)的去除效果和機制

工業(yè)場地附近土壤和地下水中有機物氯苯和重金屬Cr(VI)是常見的共存污染物，兩者都有一定的致癌和致畸性，已有的物化修復技術或單一的微生物修復技術存在能耗高或效率低的缺陷，因此開發(fā)有效的低碳綠色修復技術符合當下“雙碳”指導方針。MFC技術不僅可以實現(xiàn)污染物的去除，還具有一定的產(chǎn)電性能，是常見的綠色修復技術之一。然而，目前MFC中污染物的去除效率主要受限于高成本貴金屬電極以及陽極有限的電子傳遞效率，且常用的電極材料如碳基材料的導電性能不佳且不利于微生物附著。鐵礦物因其低成本、環(huán)境友好和較好的導電性被認為是改性碳基材料的良好選擇之一。因此，本研究研發(fā)制備了含硅水鐵礦修飾碳氈電極，并應用于后續(xù)MFC中陽極氯苯氧化降解和陰極Cr(VI)的還原去除過程和機制研究。

圖2.CF-SiFh電極主導MFC中陽極生物膜的微生物群落結構在門水平（a）、類水平（b）和屬水平（c）的變化

研究結果表明該SiFh修飾電極主導的MFC輸出電壓約為未修飾電極主導MFC的1.63倍，且氯苯降解效率提高了1.23倍，分析表明電極上SiFh的存在有利于陽極導電生物膜的形成并進一步提高電子傳遞效率。微生物群落分析表明Cupriavidus和Pandoraea在氯苯降解中占主導地位，而Lentimicrobiaceae和Rhodobacteraceae則是促進生物膜內(nèi)直接和間接電子傳遞的關鍵菌屬（圖2）。而陰極Cr(VI)通過直接或間接過程被還原為Cr(OH)3或CrxFe1-x(OH)3共沉淀物（圖1）。該研究提供了一種低碳綠色修復體系用于協(xié)同去除難降解有機物和重金屬，可為污染土壤或地下水中類似復合污染的修復提供技術支撐，有助于低碳可持續(xù)修復技術的進一步開發(fā)。

該研究獲國家自然科學基金（42207469）、中國博士后站中特別資助項目（2023T160429）以及2022年東方英才計劃領軍項目等支持。市環(huán)科院固土所博士后貢玉鳳為該論文第一作者，固土所所長楊潔和復旦大學王梓萌教授為本文共同通訊作者。