近期，上海交通大學(xué)中英國際低碳學(xué)院副教授張景新團隊在國際學(xué)術(shù)期刊《Water Research》《Applied Energy》《Chemical Engineering Journal》等期刊上發(fā)表了系列文章，主要關(guān)于鐵循環(huán)和導(dǎo)電材料在厭氧消化過程中的甲烷化作用機制及應(yīng)用原理。其中，生物炭通過提高微量元素生物利用度和種間電子傳遞效率加強厭氧消化產(chǎn)氣機理的研究工作—“Internal enhancement mechanism of biochar with graphene structure in anaerobic digestion: the bioavailability of trace elements and potential direct interspecies electron transfer”，論文第一作者為上海交通大學(xué)中英國際低碳學(xué)院2019級碩士研究生亓秋嫻，通訊作者為上海交通大學(xué)中英國際低碳學(xué)院副教授張景新。

課題組長期與新加坡國立大學(xué)合作，基于CREATE-E2S2中心構(gòu)建了長短期學(xué)生赴新加坡交流的機制，合作研究主要聚焦城市有機固體廢棄物資源化技術(shù)和生態(tài)能源系統(tǒng)研究，開展“超大城市的能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展解決方案”Create-E2S2項目，通過集成生物處理系統(tǒng)（如厭氧消化系統(tǒng)/好氧發(fā)酵系統(tǒng)）、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、電腦控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，高效處理有機垃圾并產(chǎn)生電能、熱能和有機肥料等資源化產(chǎn)品，進(jìn)一步解決超大城市發(fā)展中的有機固體廢棄物處置關(guān)鍵技術(shù)及復(fù)雜決策問題的推廣應(yīng)用。課題組2020年最新文章參考Water Research 186，116405 (2020)；Bioresource Technology 314， 123401 (2020)；Chemical Engineering Journal 399，125757 (2020)；Applied Energy 257, 113988 (2020)。

厭氧消化系統(tǒng)中導(dǎo)電碳材料潛在的DIET機制（Chemical Engineering Journal 406, 126833, 2021）

向餐廚垃圾厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)添加生物炭可以提高厭氧消化系統(tǒng)的緩沖能力，促進(jìn)種間的電子傳遞，促進(jìn)揮發(fā)酸的降解，提高產(chǎn)甲烷菌活性，吸附氨氮等抑制因子，減少停滯期進(jìn)而提高產(chǎn)甲烷速率。目前，添加生物炭已成為強化厭氧消化的主要措施之一，然而對生物炭強化厭氧消化過程的內(nèi)在機理的研究仍然存在問題。此次發(fā)表的工作從微量元素的生物利用度和酶活性之間的關(guān)系，基于KEGG在甲烷代謝途徑，研究了種間電子傳遞的潛在機制，揭示了具有石墨烯結(jié)構(gòu)的生物炭的添加強化厭氧消化的內(nèi)在機理。

厭氧消化反應(yīng)性能實驗評估了400 °C和900 °C熱解條件下生成的生物炭對厭氧消化性能的影響。添加了900 °C熱解產(chǎn)生的生物炭的反應(yīng)器中，甲烷含量從對照組的60%的抑制值增加到75%的理論值，甲烷產(chǎn)量增加到725ml/g VS/d。酶活性測試和宏基因組分析表明，隨著微量元素生物利用度的提高，酶基因的豐度和酶活性同時增加，證明了生物炭通過提高微量元素的生物利用度來提高酶的活性，從而促進(jìn)酶的合成。根據(jù)微生物群落分析和代謝途徑分析，Pseudomonas和Methanosaeta參與了生物炭介導(dǎo)的種間電子傳遞，強化了二氧化碳還原的甲烷代謝途徑。

 

厭氧消化系統(tǒng)中的鐵循環(huán)作用機制（Water Research 186, 116405, 2020）

厭氧消化反應(yīng)性能實驗評估了400 °C和900 °C熱解條件下生成的生物炭對厭氧消化性能的影響。添加了900 °C熱解產(chǎn)生的生物炭的反應(yīng)器中，甲烷含量從對照組的60%的抑制值增加到75%的理論值，甲烷產(chǎn)量增加到725ml/g VS/d。酶活性測試和宏基因組分析表明，隨著微量元素生物利用度的提高，酶基因的豐度和酶活性同時增加，證明了生物炭通過提高微量元素的生物利用度來提高酶的活性，從而促進(jìn)酶的合成。根據(jù)微生物群落分析和代謝途徑分析，Pseudomonas和Methanosaeta參與了生物炭介導(dǎo)的種間電子傳遞，強化了二氧化碳還原的甲烷代謝途徑。