水凝胶增强的生物电化学硝酸盐还原：利用希瓦氏菌 Shewanella oneidensis MR-1 从稀释硝酸盐中回收铵态氮

将稀硝酸盐（NO3−；亚毫摩尔至低毫摩尔浓度范围）生物电化学还原为铵盐（NH4+），为从受污染地下水和环境水体中实现氮的循环管理提供了一条极具前景的途径。然而，由于天然形成的生物膜电极还原速率低且电子传递效率差，生物电化学系统的现场应用仍面临挑战。本文通过刷涂法将掺入希瓦氏菌 Shewanella oneidensis MR-1 细胞的炭黑/核黄素/海藻酸钠/纤维素水凝胶涂覆于石墨毡电极上，构建了一种水凝胶生物阴极。该水凝胶电极实现了 0.16–0.19 mol m−3 h−1 的 NH4+ 生成速率，且无 NO2− 积累；在总运行时间为 1.5 天、期间进行培养基更换的连续三个循环中，这些速率均得以维持，未出现显著性能损失。与传统的 S. oneidensis 生物膜电极相比，该水凝胶电极使电流密度提高了 5 倍以上，表明单位生物量的电子传递效率得到增强，而这直接促成了较高的 NH4+ 生成速率。其 NH4+ 生成的耗电量为 1.68–2.39 × 10^2 kJ g-N−1，显著低于在相近 NO3− 浓度下金属催化剂体系的耗电量（通常 >10^4 kJ g-N−1）。这些结果表明，该水凝胶电极设计为由稀硝酸盐生物电化学生成 NH4+ 提供了一个高能效且易于制备的平台。

水凝胶增强的生物电化学硝酸盐还原：通过 Shewanella oneidensis MR-1 从低浓度硝酸盐中回收铵 | bioRxiv

跳转至主要内容 首页 关于 投稿 提醒 / RSS 搜索此关键词 高级搜索 新结果

通过 Shewanella oneidensis MR-1 从低浓度硝酸盐中回收铵的水凝胶增强生物电化学硝酸盐还原

Mamoru Oshiki，Yunjeong Choi，Ryuji Shinto，Satoshi Okabe

doi: https://doi.org/10.64898/2026.07.31.742018

Mamoru Oshiki 北海道大学 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本文依据 CC-BY 4.0 国际许可协议发布。

返回顶部 上一项 下一项

发布于 2026 年 7 月 31 日。

下载 PDF 补充材料 电子邮件

感谢您帮助传播 bioRxiv 的内容。 您的电子邮件 * 您的姓名 * 发送至 * 请输入多个地址，每行一个，或用逗号分隔。

您将要发送以下内容 通过 Shewanella oneidensis MR-1 从低浓度硝酸盐中回收铵的水凝胶增强生物电化学硝酸盐还原

邮件主题 （您的姓名）已从 bioRxiv 转发一个页面给您

邮件正文 （您的姓名）认为您可能希望查看 bioRxiv 网站上的此页面。

您的个性化留言

验证码 此问题用于测试您是否为人工访客，并防止自动化垃圾信息提交。

分享

通过 Shewanella oneidensis MR-1 从低浓度硝酸盐中回收铵的水凝胶增强生物电化学硝酸盐还原

Mamoru Oshiki，Yunjeong Choi，Ryuji Shinto，Satoshi Okabe

bioRxiv 2026.07.31.742018； doi: https://doi.org/10.64898/2026.07.31.742018

分享本文： 复制

引文工具

通过 Shewanella oneidensis MR-1 从低浓度硝酸盐中回收铵的水凝胶增强生物电化学硝酸盐还原

Mamoru Oshiki，Yunjeong Choi，Ryuji Shinto，Satoshi Okabe

bioRxiv 2026.07.31.742018； doi: https://doi.org/10.64898/2026.07.31.742018

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.31.742018v1?rss=1

🏷️ 生物电化学还原 硝酸盐转化 铵态氮回收 希瓦氏菌 水凝胶电极