植物-微生物燃料电池对土壤中纳米氧化锌及锌离子扩散的阻截效应

摘要

植物-微生物燃料电池(plant-microbial fuel cell,P-MFC)是一种新型的能源技术,通过植物微生物的代谢互营和后者的胞外电子呼吸作用实现太阳能-化学能-电能的转化,并通过在土壤中形成微电场影响金属离子的迁移行为.通过引入水生植物白鹤芋构建植物-微生物燃料电池系统探究其对土壤中ZnO工程纳米颗粒及离子流转的阻截效应,同时评价P-MFC对ZnO工程纳米颗粒暴露后土壤酶活性及土壤微生物代谢活性的影响.结果显示,P-MFC搭建2周后可启动并持续产电,输出电流稳定在50 mA左右,运行期间对土壤的荧光素二乙酸水解酶和脱氢酶活性无显著影响,且白鹤芋植株生长良好.较之对照,双电极P-MFC处理中可将大部分纳米氧化锌颗粒截留在阳极碳毡下1 cm处,而95%的释放锌离子都被截留在阴极碳毡下1~2 cm土层范围内,土层下7 cm处无离子态氧化锌测出.较之对照,P-MFC显著抑制了土壤中ZnO工程纳米颗粒的锌离子释放行为,同时对释放的锌离子有向阴极驱动的作用,表现为显著的阻截效应.