随着人口增加和经济发展，污染物（如城市废物、农业废物、污水污泥和工业废物）也日益增加。废物堆积同时伴随着大量的温室气体（GHG）排放，致使人们面临全球变暖和恶劣天气等严峻挑战。因此，人们寻求不同形式的清洁能源，如氢气（H₂）、甲烷（CH₄）和乙醇（C₂H₅OH），来代替传统能源。其中H₂通常被认为是最清洁的能源载体，因为它燃烧不产生有毒气体，与液化天然气（54.4 MJ/kg）、生物乙醇（29.5 MJ/kg）和CH₄（50.0 MJ/kg）相比，具有更高的能量密度（达142MJ/kg），并且应用范围更为广阔，可被用于发电、供热和作为运输燃料等。印度尼西亚、马来西亚和泰国等国家棕榈油工业产生大量的棕榈油废水（Palm oil mill effluent，POME），由于POME的有机成分，它被认为是世界上污染最严重的废水之一。而且废物中有相当一部分是由碳基可再生有机化合物组成的，研究人员开发了多种方法（如水电解、生物光分解、光发酵、暗发酵、热解、和气化）利用富含碳水化合物的有机废水产生H₂供商业使用。但是在过去的几十年中，这些从废水中生产氢气的方法产率较低，并且处理后的废水很难达到废水排放的标准。因此寻求一种既可以进行废水处理又可以增加H₂产量以减少能源消耗的方法具有十分重要的环保意义。

基于上述考虑新疆理化技术研究所分离材料与技术研究团队联合国外合作研究团队采用生物电化学方法对POME废水进行处理，微生物电解池（MEC）中的微生物在代谢过程中消耗废水中的有机物，电子先从细胞内转移到了细胞外的阳极，然后通过外电路电源提供的电势差作用下到达阴极，并通过电子和质子结合产生H₂，进而实现废水中有机物的降解和产生的H₂目的。

为了增强MEC中 POME废水处理过程中生物氢的生成，科研人员使用响应曲面法(RSM)-中心复合设计(CCD)方法，确定三个重要变量，即温度、初始 pH 值和COD稀释率。RSM-CCD 优化的实验结果表明，最大产氢速率 (HPR)的平均值为 1.16 m³ H₂/m³ d。科研人员根据实验结果调整了二阶多项式模型表明，二次项测试的所有变量中对HPR具有高度显着的影响 (P < 0.01)。对CCD模型的分析表明，最大HPR的最佳条件是温度、初始 pH 值和COD稀释率分别为 30.23 °C、6.63和50.71%。与此同时，生成的回归模型预测在最佳条件下HPR可以达到 1.1659 m³ H₂ /m³ d。在确定的最佳条件下进行验证实验，结果表明 HPR 为 1.1747 m³ H₂ /m³ d，实验值与预测值基本吻合。这一研究成果在国际上首次报道了该技术用于处理POME废水的可行性。同时，这种处理含油废水同时生产清洁能源的新方法为能源生产和环保研究提供了基础，为工业领域的设计及应用提供了重要实验和理论依据。

相关研究成果发表在《International Journal of Hydrogen Energy》杂志上(Int. J. Hydrogen Energy. 2022, 47, 15464-15479)，新疆理化技术所为第一完成单位，马来西亚国立大学（UKM）为合作单位。新疆理化所分离材料与技术研究团队的阿卜杜克热木·喀迪尔助理研究员和王军英硕士研究生为共同第一作者，阿卜杜克热木·喀迪尔助理研究员、马鹏程研究员、李慧副研究员为共同通讯作者。此项工作由中国科学院特别研究助理项目，马来西亚高等教育部研究生大学（DIP）项目等共同支持。 

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.09.259

a. 培养温度和初始pH对最大产氢效果的影响；     b. 培养温度和COD对最大产氢效果的影响