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纳米技术在暗发酵制氢中的应用

期刊:international journal of hydrogen energyDOI:10.1016/j.ijhydene.2018.11.114

这篇文档属于类型b,是一篇综述文章。以下是针对该文档的学术报告:

该论文由多位作者共同撰写,主要作者包括Arivalagan Pugazhendhi、Sutha Shobana、Dinh Duc Nguyen、J. Rajesh Banu、Periyasamy Sivagurunathan、Soon Woong Chang、Vinoth Kumar Ponnusamy和Gopalakrishnan Kumar。他们分别来自越南的Ton Duc Thang University、印度的Aditanar College of Arts and Science、韩国的Kyonggi University、印度的Anna University Regional Campus、印度石油研发中心、台湾的高雄医科大学以及挪威的University of Stavanger。该论文于2018年12月11日在线发表在《International Journal of Hydrogen Energy》期刊上,卷号为44,页码为1431-1440。

该论文的主题是纳米技术在暗发酵产氢中的应用。暗发酵是一种利用微生物在无氧条件下分解有机物产生氢气的生物过程。近年来,纳米技术的引入显著提高了暗发酵产氢的效率。本文综述了无机/有机纳米颗粒(nanoparticles, NPs)在暗发酵产氢中的应用,并探讨了其潜在机制和商业化前景。

首先,论文介绍了纳米技术在暗发酵产氢中的重要性。纳米颗粒通过其独特的物理化学性质,能够增强微生物的代谢活性,从而提高氢气的产量。纳米颗粒的引入主要通过电子传递途径、代谢副产物的形成以及氢化酶基因表达水平的调节来实现。金属和金属氧化物纳米颗粒,如铜、金、钯、银、铁-氧化铁、镍-氧化镍、二氧化硅、二氧化钛和碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs),在暗发酵产氢中表现出显著的促进作用。

其次,论文详细讨论了不同类型的纳米颗粒在暗发酵产氢中的应用。例如,铜纳米颗粒(Cu NPs)在低浓度下对产氢有抑制作用,而银纳米颗粒(Ag NPs)在20 nm浓度下显著提高了产氢效率,达到2.48 mol H2/mol葡萄糖。金纳米颗粒(Au NPs)在5 nm浓度下使产氢量提高了62.3%。铁纳米颗粒(Fe NPs)和氧化铁纳米颗粒(Fe2O3 NPs)在200 mg/L浓度下分别提高了产氢量17%和33.9%。镍纳米颗粒(Ni NPs)和氧化镍纳米颗粒(NiO NPs)在5.67 mg/L浓度下使产氢量提高了22.7%。二氧化硅纳米颗粒(SiO2 NPs)在120 mg/L浓度下使产氢量提高了666%。二氧化钛纳米颗粒(TiO2 NPs)在100 mg/L浓度下使产氢量提高了46.1%。

此外,论文还探讨了无机-无机纳米颗粒和无机-有机纳米颗粒的协同作用。例如,铁和镍纳米颗粒的协同作用使产氢量提高了200%。氧化铁和氧化镍纳米颗粒的协同作用使产氢量提高了62%。铁氧化物/碳纳米颗粒(Fe2O3/C NPs)在200 mg/L浓度下使产氢量提高了33.7%。镍-石墨烯纳米复合材料(Ni-NiGr NC)在60 mg/L浓度下使产氢量提高了105%。

最后,论文总结了有机纳米颗粒在暗发酵产氢中的应用。碳纳米管(CNTs)在100 mg/L浓度下使产氢量提高了2.45 mol H2/mol葡萄糖。活性炭在10 g/L和5 g/L浓度下分别使产氢量提高了94.5%和44.0%。

该论文的意义在于,它系统地综述了纳米技术在暗发酵产氢中的应用,揭示了纳米颗粒在提高产氢效率中的潜在机制,并探讨了其商业化前景。通过引入纳米技术,可以显著提高暗发酵产氢的效率,从而为可持续能源的发展提供新的解决方案。该论文的研究成果为未来的研究提供了重要的参考,并为纳米技术在生物能源领域的应用开辟了新的方向。

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