Tandem Acidic CO2 Electrolysis Coupled with Syngas Fermentation: A Two-Stage Process for Producing Medium-Chain Fatty Acids

合成气 电解 化学 发酵 化学工程 催化作用 有机化学 电极 物理化学 工程类 电解质
作者
Ying Pu,Yue Wang,Gaoying Wu,Xiaobing Wu,Yilin Lu,Yangyang Yu,Na Chu,Xiaohong He,Daping Li,Raymond Jianxiong Zeng,Yong Jiang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (17): 7445-7456 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c09291
摘要

The tandem application of CO2 electrolysis with syngas fermentation holds promise for achieving heightened production rates and improved product quality. However, the significant impact of syngas composition on mixed culture-based microbial chain elongation remains unclear. Additionally, effective methods for generating syngas with an adjustable composition from acidic CO2 electrolysis are currently lacking. This study successfully demonstrated the production of medium-chain fatty acids from CO2 through tandem acidic electrolysis with syngas fermentation. CO could serve as the sole energy source or as the electron donor (when cofed with acetate) for caproate generation. Furthermore, the results of gas diffusion electrode structure engineering highlighted that the use of carbon black, either alone or in combination with graphite, enabled consistent syngas generation with an adjustable composition from acidic CO2 electrolysis (pH 1). The carbon black layer significantly improved the CO selectivity, increasing from 0% to 43.5% (0.05 M K+) and further to 92.4% (0.5 M K+). This enhancement in performance was attributed to the promotion of K+ accumulation, stabilizing catalytically active sites, rather than creating a localized alkaline environment for CO2-to-CO conversion. This research contributes to the advancement of hybrid technology for sustainable CO2 reduction and chemical production.
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