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化石燃料的不断消耗导致了全球能源逐渐枯竭,燃料燃烧的同时排放出大量温室气体（CO2）,造成了严重的全球变暖问题。与此同时,由于人口激增以及工业的迅猛发展,大量的污水未经处理便直接排入自然水体环境中,造成了严重的水体污染。因此,当今社会迫切需要开发集污染物处理与能源回收于一体的新技术。微生物电化学技术是一种将污水中潜在的化学能转变为电能并获得不同功能产品（如甲烷、氢气、过氧化氢等）的水处理新模式,具有污染物降解效率高及易于耦合清洁能源参用于电合成等优点,这对解决水环境污染、CO2固定及能源回收具有重要意义。本文构建微生物反向电渗析系统（Microbial reverse electrodialysis system,MRC）,利用盐差能和污水中的化学能作为驱动力实现CO2转化及有价物质的合成,并通过优化系统运行参数及开发高效催化剂提高系统运行性能。以驯化好的附着有电化学活性菌的碳刷为阳极、辊压空气电极为阴极,使用厚度为0.5 mm、开孔数量为16目的格网及阴阳离子交换膜堆栈的浓淡水室为盐差能回收模块构建了MRC系统。当淡水浓度为0.7 g-NaCl/L,浓盐水浓度为36 g-NaCl/L,流速为5 mL/min时,MRC系统的大功率密度达到2.03 W/m2,电流达到4.04±0.14mA/m2。以电沉积法通过条件优化制备了具有高效CO2催化活性的Bi催化剂。在沉积电流为15 mA/cm2沉积时间为1200 s时,制备的催化剂Bi（1200）具有丰富的枝状结构,表现出较高的催化活性。该电极过电位仅为390 mV,在-1.5 V vs Ag/AgCl,CO2还原产甲酸法拉第效率可高达到99%。此外,Bi（1200）具备良好的稳定性能,在连续电解100小时后仍能维持较高的阴极产甲酸法拉第效率（FE>90%）。构建了基于微生物反向电渗析技术的CO2还原的耦合系统,成功实现阳极有机污染物去除的同时阴极CO2的催化还原。通过对该耦合系统的参数进行优化可知,当浓淡水室厚度为0.5 mm、堆栈20对浓淡水室且阳极COD为2 g-NaAc/L时,COD去除率达到60%,阴极CO2还原产甲酸法拉第效率最大可达70%,周期结束后累积产甲酸量为190 mg/L。