【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料的合成以及清洁能源生产领域，具体涉及镍铁水滑石及其制备方法与在氨基酸废水产甲烷中的应用。
技术介绍
1、氨基酸生产中，大量废液从工厂排出造成对环境的严重污染。这类发酵废液的cod浓度很高一般在几万mg/l以上，经稀释的混合废水的cod浓度也在近万mg/l左右，且含有高浓有机物和多种无机盐等。厌氧发酵技术可以同时实现有机废水处理和生物能源(h2和ch4)回收，具有良好的环境、经济效益和发展前景。但是高有机物浓度下，污泥的厌氧消化效率会显著下降，较低的厌氧利用率是氨基酸废液的发酵瓶颈。
2、厌氧消化是指在厌氧条件下，通过厌氧菌的代谢活动，使有机物降解至稳定，形成甲烷、二氧化碳等气体的过程。目前，学界主流理论将厌氧消化分为了四个阶段，分别是水解、酸化、产乙酸和产甲烷阶段。厌氧消化四阶段是一个相互依存转化的系统，不同的阶段由不同的微生物来完成。此外这些微生物种群在生物动力学和生物能学上的差异导致底物和产物之间内在不平衡，这是厌氧消化过程稳定性差的根本原因。这种不平衡的典型例子之一是vfas的积累，vfas主要是由厚壁菌门(firmicutes)和类杆菌(bacteroidetes)产生。它们是厌氧系统中活性最高的微生物菌门，主要负责生产vfas促进。另一方面，降解vfas的细菌(如互营菌(syntrophs))生长缓慢，且只在氢分压低于10-3atm时才分解vfas。因此，互营菌和产甲烷菌需要协同共生，以便将vfas有效转化为ch4和co2。因此，若要提高厌氧消化的产甲烷效率，不仅需要增加电子间传递，还
3、中国专利文献cn114752632a(202210581442.4)提出了一种改性生物炭在餐厨垃圾厌氧消化产甲烷中的应用方法，将负载了铁镍复合氧化物nife2o4的生物炭颗粒与餐厨垃圾充分混合，在中温下进行厌氧消化产甲烷。优化了生物炭的导电性能，补充厌氧消化所需的金属微量元素，富集厌氧功能菌群，强化产酸菌与产甲烷菌之间的电子传递过程，缓解系统酸化问题，显著提高餐厨垃圾厌氧消化的甲烷产量。但是，餐厨垃圾与化工废水不同，餐厨垃圾不含有高浓度的有机物，且含有大量适合菌类生长的营养物质，对于厌氧消化条件要求相对较低。而氨基酸废水cod高、且含有高浓度有机物和多种无机盐等，现有复合材料对其厌氧消化产甲烷的促进作用不并明显。
技术实现思路
1、本专利技术为了提高氨基酸废水发酵产甲烷的产量和产率，提供一种镍铁水滑石及其制备方法，并将其应用于氨基酸厌氧消化产甲烷中。本专利技术使用镍铁水滑石促进氨基酸降解转化的速率，镍铁水滑石的层状结构能够加速微生物聚集，并提供厌氧消化过程中微生物所需的微量金属元素，增强甲烷菌代谢氨基酸废液的活性，促进氨基酸的降解。实现了甲烷产量和产率增加的目的；同时该技术方案具有运行便捷和易于规模化实施的优势。
2、水滑石，层状双金属氢氧化物(ldh)是一类层状材料，由带正电荷的层板和平衡电荷的阴离子组成。通过用三价阳离子(例如，al3+、co3+、fe3+、cr3+)部分取代二价阳离子(例如，ni2+、mg2+、ca2+、mn2+、co2+、cu2+、zn2+)或一价阳离子(例如li+)来构建带正电荷的层。插入的阴离子通常是碳酸根(co32-)，但是这可以容易地被其他阴离子(例如no3-、so42-、cl-、br-)代替。因此，ldh特殊的结构使其在在电化学研究中被广泛使用。在水滑石制备过程中形成层状结构后，三价金属阳离子的极化作用较大，定向排列困难，不易形成晶型沉淀。因此本专利技术中所用原料为2价铁，使制备的镍铁水滑石晶型规整。
3、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
4、一种镍铁水滑石的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)将十二胺、水、正丁醇混合，搅拌成微乳状液体；
6、(2)向步骤(1)所得微乳状液体中加入镍盐和亚铁盐，或者含镍盐和亚铁盐的溶液；调节ph为9～12，得到前驱体溶液；
7、(3)将步骤(2)所得到的前驱体溶液进行水热晶化反应，得到镍铁水滑石前驱体；
8、(4)将前驱体烘干、研磨、纯化后，再次干燥研磨，即得镍铁水滑石。
9、优选的，步骤(1)中十二胺、正丁醇分别为水的摩尔量的0.9～1.1％、0.4～0.6％。
10、优选的，步骤(2)中的镍盐和亚铁盐(即ni2+和fe2+)的摩尔比为0.5～3:1；更优选的，镍盐和亚铁盐的摩尔比为1～2∶1。
11、步骤(2)中加入的镍盐和亚铁盐总量与十二胺的摩尔比为1.5～2.5：1。
12、优选的，步骤(2)调节ph为9.5～11.2，进一步优选为10～11。使用氨水和碳酸钠混合溶液调节ph；缓慢滴加氨水和碳酸钠混合溶液，氨水和碳酸钠混合溶液的滴加速度为3～5秒1滴。氨水和碳酸钠混合溶液中nh3和碳酸钠的质量分数分别是24.8％，混合液中nh3和碳酸钠的摩尔比为1:1。
13、优选的，步骤(3)中的水热晶化反应温度为110～130℃，反应时间为20～26h，常压。
14、优选的，步骤(4)中的前驱体烘干条件为100～120℃、12～24h。
15、优选的，步骤(4)中纯化方法为：用去离子水和无水乙醇交替洗涤次数为2～5次，即去离子水和无水乙醇各洗涤2～5次。
16、优选的，步骤(5)中再次干燥的真空干燥温度为40～60℃，时间为12～24h，真空度为-0.1mpa。
17、本专利技术提供上述方法制备的镍铁水滑石。
18、所述的镍铁水滑石的x射线衍射图谱显示，2θ＝11.4°、22.9°、34.4°、38.9°、59.9°和61.2°分别对应于jcpds标准文件中卡号为40-0215的镍铁水滑石的(003)、(006)、(012)、(015)、(110)和(113)特征峰。xrd谱图几乎没有杂质峰，表明材料的结晶度和纯度很高。
19、优选的，镍铁水滑石为由片状密集团簇得到的花球形状，花球直径为8～15微米，片状结构的厚度为20～50纳米。本专利技术控制反应液的ph为9～12，并通过同时滴加氨水和碳酸钠促进结晶，使得片状水滑石密集团簇得到比表面积更大的花球形状。
20、本专利技术所得镍铁水滑石中fe、ni、o和c元素分布均匀，fe、ni、o和c的原子百分比分别为23～30％、28～50％、10～20％和15～21％，其余为少量h、cl等元素。
21、本专利技术所得镍铁水滑石比表面积为50～60m2/g。比表面积越大越有利于镍铁水滑石促进电子传递从而加快产甲烷。吸附平均孔径为9～10nm，解吸平均孔径为11～13nm。
22、本专利技术制备的镍铁水滑石具有层状结构，其层状结构密集团簇得到片层机构均匀、稳定的的花球形状，层状结构之间有孔隙，比表面积大，利于产甲烷菌的富集生长。同时可以释放微量元素ni、fe，补充了微生物所需要的微量元素，能增强厌氧发酵菌对氨基酸的代谢过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镍铁水滑石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中十二胺、正丁醇占水的摩尔量分别为0.9～1.1％、0.4～0.6％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)至少满足以下条件之一：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的水热晶化反应温度为110～130℃，反应时间为20～26h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的前驱体烘干条件为100～120℃、12～24h；
6.根据权利要求1～5任一项所述制备方法制备的镍铁水滑石。
7.一种镍铁水滑石，其特征在于，所述镍铁水滑石中Fe、Ni、O和C的原子百分比分别为23～30％、28～50％、10～20％和15～21％，所述镍铁水滑石具有片状结构密集团簇得到的花球形状，花球直径为8～15μm，片状结构的厚度为20～50nm。
8.根据权利要求7所述的镍铁水滑石，其特征在于，镍铁水滑石比表面积为50～60m2/g。吸附平均孔径为9
9.根据权利要求1～5任一项所述制备方法制备的镍铁水滑石或者权利要求6-8任一项所述的镍铁水滑石在促进氨基酸废水厌氧产甲烷中的应用。
10.根据权利要求1～5任一项所述制备方法制备的镍铁水滑石或者权利要求6-8任一项所述的镍铁水滑石促进氨基酸废水厌氧发酵生产甲烷的方法，其特征在于，以氨基酸废液、富集产甲烷菌的接种污泥、镍铁水滑石、水组成厌氧发酵体系，以提高氨基酸废水中温厌氧发酵的甲烷产量和速率。
11.根据权利要求10所述镍铁水滑石促进氨基酸废水厌氧发酵生产甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.根据权利要求11所述镍铁水滑石促进氨基酸废水厌氧发酵生产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)中镍铁水滑石的添加量为200～800mg/L，优选为400～600mg/L。
13.根据权利要求11所述镍铁水滑石促进氨基酸废水厌氧发酵生产甲烷的方法，其特征在于，厌氧发酵体系中包含营养液，营养液的体积占发酵体系体积的百分数为0.1～0.2％；
...【技术特征摘要】
1.一种镍铁水滑石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中十二胺、正丁醇占水的摩尔量分别为0.9～1.1％、0.4～0.6％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)至少满足以下条件之一：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的水热晶化反应温度为110～130℃，反应时间为20～26h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的前驱体烘干条件为100～120℃、12～24h；
6.根据权利要求1～5任一项所述制备方法制备的镍铁水滑石。
7.一种镍铁水滑石，其特征在于，所述镍铁水滑石中fe、ni、o和c的原子百分比分别为23～30％、28～50％、10～20％和15～21％，所述镍铁水滑石具有片状结构密集团簇得到的花球形状，花球直径为8～15μm，片状结构的厚度为20～50nm。
8.根据权利要求7所述的镍铁水滑石，其特征在于，镍铁水滑石比表面积为50～60m...
【专利技术属性】
技术研发人员：于斐，臧立华，曹先源，王璐，张金龙，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：
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