ACS ES&T Water | 东北师范大学环境学院周丹丹团队：核黄素通过强化电活性菌与芬顿反应协同作用，提高氯酚降解与铁循环

Original ACS Publications ACS美国化学会

英文原题：Riboflavin enhances the synergy of electroactive bacteria and Fenton reaction, improving chlorophenol degradation and Fe circulation

通讯作者：崔斌博士，东北师范大学环境学院；周丹丹教授，东北师范大学环境学院

作者：Qi Zhao (赵琦), Han Lv (吕涵), Zhicheng Cui (崔志成), Mingyue Zhao (赵明月), Bin Cui* (崔斌), Dandan Zhou* (周丹丹)

成果简介

本研究构建了铁还原菌驱动的生物电芬顿体系，探究了电子穿梭体核黄素对系统的调控效能与机制，发现核黄素可以作为信号分子调控微生物代谢，加速胞外电子传递，显著提高系统电流产量并加速铁循环，最终促进氯酚降解与毒性削减。

引言

生物电芬顿技术可以用于难降解有机废水的处理，但是其在应用过程中面临铁泥生成与微生物受毒性胁迫等难题。核黄素作为电活性菌进行胞外电子传递的电子穿梭体，可以提高微生物燃料电池中的电能产量，强化污染物降解。理论上，其也可以强化生物电芬顿体系中电活性菌的胞外电子传递，加速电流产生、铁循环与毒性削减。本研究通过外源添加核黄素，解析其对体系的调控效能，阐释对微生物代谢的调节机制与胞外电子传递过程。

图文介绍

图1 核黄素对不同体系中氯酚降解的影响（a），不同体系中主要降解产物的变化（b）

生物电芬顿体系对4-氯酚的降解效能优于单纯生物体系，且产物毒性更低，而添加核黄素可进一步加速4-氯酚降解。

图2 不同反应体系启动过程中的电流产量（a），C-V曲线（b和c），EIS曲线（d）

添加核黄素可以提高电流产量，提高峰电流，降低电阻，提高阳极的电化学活性。

图3 核黄素对微生物的群体感应、胞外蛋白质与多糖合成、趋向性及鞭毛组装等代谢过程中关键功能基因表达的调控

核黄素作为信号分子可以调控微生物的群体感应、胞外物质合成、细胞运动等代谢过程，进而影响阳极生物膜的生长。

讨论/小结

外源添加核黄素后，生物电芬顿体系中调控微生物胞外电子传递过程的相关功能基因表达显著上调，促进了电子穿梭体和纳米导线介导的胞外电子传递过程，加速铁还原菌富集，使体系的电流产量和Fe(Ⅱ)含量分别提高25%和38%；同时，核黄素可以作为信号分子调控微生物的群体感应、胞外组分合成等代谢过程，加速阳极生物膜生长。最终促进了电活性微生物与芬顿反应的协同作用，导致4-氯酚降解动力学系数提高3.8倍，出水毒性显著削减。该研究为生物电芬顿体系的优化运行提供了理论参考。

相关论文发表在ACS ES&T Water上，赵琦为文章的第一作者，崔斌博士和周丹丹教授为通讯作者。

作者简介：

周丹丹

教授，东北师范大学环境学院院长，教育部人才奖励计划特聘教授、国家优秀青年基金获得者。

崔斌

东北师范大学环境学院师资博士后，2020年7月毕业于北京工业大学，师从彭永臻院士，主持国家自然科学基金青年基金等项目4项，在环境领域权威期刊发表论文10余篇，研究方向为污水处理与资源化。

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ACS EST Water 2022, XXXX, XXX, XXX-XXX

Publication Date: July 29, 2022

https://doi.org/10.1021/acsestwater.2c00208

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