一种生物-非生物杂化材料制造技术

本发明专利技术公开了一种生物

【技术实现步骤摘要】
一种生物
‑
非生物杂化材料Ni/Fe LDH@C
‑
AGS及其合成方法与应用


[0001]本专利技术属于废水厌氧生物处理
，具体涉及一种生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
及其合成方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着全球经济发展与城市化进程的加速，能源问题和水资源危机已成为全球可持续发展过程中面临的重要课题
。
废水厌氧生物处理技术以其投资省
、
能耗低
、
可回收利用沼气能源
、
负荷高
、
产泥少
、
耐冲击负荷等诸多优点而再次受到环保界人士的重视
。
厌氧生物处理技术是利用厌氧微生物的代谢特性分解有机污染物，且能产生
CH4气体的一种水处理技术
。
由于该技术不需要提供外源能量，以有机物作为受氢体，还原成有能源价值的甲烷，使废水能够作为宝贵的资源，既提供回用水资源，又提供甲烷能源，从而改变废水作为环境污染载体的角色
。
[0003]厌氧消化过程分为三个阶段，首先通过发酵细菌将有机物分解为有机酸或醇类，其次通过产氢产乙酸细菌的降解作用进一步转化为乙酸和
H2/CO2，最后被产甲烷古菌转化为
CH4和
CO2。
厌氧消化产甲烷的本质是细菌分解有机物，为产甲烷菌提供底物和电子，进而将
CO2还原成r/>CH4的过程
。
其中，产甲烷的速率在很大程度上依赖于微生物种间电子传递
(Interspecies electron transfer
，
IET)。
通过乙酸
/H2等电子载体的形式为产甲烷菌提供电子供体，最终将
CO2还原为
CH4是厌氧消化过程中重要的
IET
方式
。
最新研究表明，存在一种更高效的
IET
机制，即通过构建生物与非生物电活性材料的反应界面，能够进行直接种间电子传递
(Direct interspecies electron transfer
，
DIET)
，通过电子传递效率的提高，进而促进
CH4产率的高效提升
。
[0004]AGS
是在厌氧生物处理过程中形成的一种独特的微生物聚集体，由微生物和微生物分泌到胞外环境中的高分子量天然聚合物组成，与絮体污泥相比，具有沉降能力强
、
代谢活性高
、
污泥浓度高
、
耐冲击
、
负荷能力强等特点
。AGS
主要由水解发酵菌，产氢产乙酸菌和产甲烷菌等构成
。
由于
AGS
表面包裹着厚重的
EPS
，而
EPS
则含有大量的非导电性物质，因此导致
AGS
的导电性比生物膜低几个数量级，大大限制了
IET
过程
。
此外，由于
AGS
胞外物质的致密性，因此即使投加导电材料也往往很难有效促进微生物的
DIET
过程
。
[0005]LDH
是一种纳米级的类水滑石材料，具有良好的生物相容性
、
低毒性和高效的催化性能，且由于其独特的化学结构及表面带正电荷的特性，因此能够与微生物表面所带的负电荷产生静电引力而结合
。
结合
LDH
良好的生物相容性和
C
的导电性，若复合体能够促进微生物的
DIET
过程，则可实现厌氧消化过程中
CH4的产率提高，进而实现沼气中
CH4纯度的提升，为实现
CH4的能源化使用提供技术解决方案，而该方面的研究尚未有报道
。
[0006]公开号为
CN114163085A
的专利技术专利公开了一种以电化学系统强化产甲烷的厌氧生物反应器，利用厌氧生物反应器和厌氧生物反应器外部设置的电化学系统加快厌氧消化微生物之间的传质速率，同时增强产甲烷微生物的代谢活性，强化了出水的水质，增加了甲
烷产量
。
但是由于废水导电性差，电化学传质效率低，极大提高了运营成本，仅采用所公开的反应器以及电化学系统电化学手段无法实现节能目的；专利
CN115925110A
公开了一种高浓度酸性有机废水厌氧强化处理提高甲烷产率的方法，公开了利用
Cs Fe3O4微球复合材料提高高浓度酸性有机废水厌氧产甲烷的方法，但此专利中所使用的为传统颗粒污泥，所公开的
Cs Fe3O4微球复合材料仅适用于“高浓度”“酸性”“有机废水”中
。

技术实现思路

[0007]本专利技术介绍了一种生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
及其合成方法与应用，所述杂化材料不仅具有优异的比表面积
、
催化性能和导电性能，而且显著提高
AGS
将废水中的有机物转换为
CH4的能力
。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
的合成方法，所述合成方法采用原位共沉淀法制备
Ni/Fe LDH@C
作为负载基底，然后利用静电引力将
Ni/Fe LDH@C
锚定在厌氧颗粒污泥
AGS
表面，合成生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS。
[0010]进一步的，包括以下步骤：
[0011](1)
负载基底的制备：混合
Ni(NO3)2·
6H2O
溶液与
Fe(NO3)3·
9H2O
溶液形成混合液甲，混合液甲与粉末活性炭
C
形成悬浊液乙，使用
NaOH
滴定悬浊液乙至
pH
＝
10.0
，搅拌反应后用去离子水多次洗涤直至中性，烘干得到
Ni/Fe LDH@C
负载基底
。
[0012](2)
厌氧颗粒污泥
AGS
的驯化：采用培养液驯化培养含有
AGS
的污泥，同时通入
N2进行曝气直至水中溶解氧含量低于
0.5mg/L
，并调节其
pH。
[0013](3)Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
的合成：利用
Ni/Fe LDH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
的合成方法，其特征在于，所述合成方法采用原位共沉淀法制备
Ni/Fe LDH@C
作为负载基底，然后利用静电引力将
Ni/Fe LDH@C
锚定在厌氧颗粒污泥
AGS
表面，合成生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS。2.
如权利要求1所述的一种生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
负载基底的制备：混合
Ni(NO3)2·
6H2O
溶液与
Fe(NO3)3·
9H2O
溶液形成混合液甲，混合液甲与粉末活性炭
C
形成悬浊液乙，使用
NaOH
滴定悬浊液乙至
pH
＝
10.0
，搅拌反应后用去离子水多次洗涤直至中性，烘干得到
Ni/Fe LDH@C
负载基底
。(2)
厌氧颗粒污泥
AGS
的驯化：采用培养液驯化培养含有
AGS
的污泥，同时通入
N2进行曝气直至水中溶解氧含量低于
0.5mg/L
，并调节其
pH。(3)Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
的合成：利用
Ni/Fe LDH@C
负载基底带有大量正电荷的特性，通过静电引力将
Ni/Fe LDH@C
锚定在厌氧颗粒污泥
AGS
表面，合成杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS。3.
如权利要求2所述一种生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
的合成方法，其特征在于，所述混合液甲中
Ni(NO3)2·
6H2O
与
Fe(NO3)3·
9H2O
的金属摩尔比为
3:1。4.
如权利要求2所述一种生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe LDH@C
‑
AGS
的合成方法，其特征在于，所述粉末活性炭
C
经过
24h 30
％盐酸溶液浸泡以及多次去离子水洗涤而得到，所述悬浊液乙中形成的
LDH
与粉末活性炭
C
的比例为
4:1。5.
如权利要求2所述一种生物
‑
非生物杂化材料
Ni/Fe L...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金凤，唐毅，黄文忠，
申请(专利权)人：福建理工大学，
类型：发明
国别省市：