煤层气生物工程为煤层气的增产提供了一条行之有效的路径，而如何提升煤储层生物甲烷产量，是制约该技术发展与应用的关键。随着对微生物之间电子传递机制的深入研究，导电材料成为了增强有机物降解的外源添加剂。采用石墨烯促进厌氧发酵系统中的电子传递速率以提高甲烷生成率是一种可以现场实施的、有效的强化措施。对高硫煤而言，石墨烯强化了甲烷产出，但其添加除了影响产甲烷能力外，是否会影响硫化氢的生成尚不明确。以晋城15#高硫煤为碳源和硫源、石墨烯作为导电材料进行实验室厌氧发酵实验，通过对生物甲烷和硫化氢的产气特征、煤中形态硫含量变化、煤表面元素赋存状态、关键液相物质变化以及微生物群落结构等检测和分析，系统探讨H2S的成因及影响机制。结果表明，在以煤为底物的厌氧发酵系统中添加石墨烯强化生物CH4产出的同时，也强化了H2S的生成，添加石墨烯的发酵系统中累计CH4产量为4.86mL/g、H2S产量为5.52 mL/g，比不添加石墨烯的厌氧发酵系统2.74 mL/g和4.94 mL/g高出77.37%和11.74%。石墨烯的添加更是加速了有机硫的降解，残煤中硫醇和硫醚也被微生物完全转化。针对关键液相小分子有机物，添加石墨烯的厌氧发酵系统中各类物质的降解速率明显高于不添加石墨烯的厌氧发酵系统。细菌群落中Desulfovibrio和Geovibrio以及古菌群落中Methanosarcina的丰度在添加石墨烯后显著上升，其中Geovibrio可为产甲烷古菌提供额外电子，Desulfovibrio与Methanosarcina之间潜在的直接种间电子传递（Direct interspecific electron transfer， DIET）是影响CH4和H2S生成的原因，这种电子传递方式提高了菌群的活性和降解效率，加速了产甲烷和硫酸盐异化还原过程中关键酶的合成。H2S具有两种形成机制：一是甲基营养型产甲烷菌直接利用有机硫化物的甲基基团生成CH4的同时产生H2S；二是水解菌表达的硫酸酯酶与硫酸盐还原菌协同作用，主要归功于细菌Macellibacteroides的作用，且是H2S的主要成因。这一认识给煤层气生物工程的现场实施提出了要求——针对高硫煤储层进行微生物增产时需要添加H2S的生物抑制剂抑制其生成。

1 实验材料与方法
1.1煤质特征和菌种来源
1.2实验流程
1.3测试方法
2 结果与讨论
2.1 实验结果
2.1.1厌氧发酵系统产气特征
2.1.2煤中形态硫含量变化
2.1.3 煤表面元素赋存状态
2.1.4 关键液相物质变化特征
2.1.5 微生物群落结构
2.2 分析与讨论
2.2.1厌氧发酵系统中H_(2)S生成机制
2.2.2厌氧发酵系统中石墨烯对H_(2)S产出的影响机制
3 结论

赵文杰,苏现波,赵伟仲,等.石墨烯对高硫煤厌氧发酵产H2S的影响机制[J/OL].煤炭学报,1-10[2024-10-09].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0384.