一种铁酸镧制备方法及其在卡马西平胁迫下有机废水厌氧消化中的应用

本发明属于材料合成和清洁能源生产，涉及一种铁酸镧制备方法及其在卡马西平介导下有机废水厌氧消化中的应用。

背景技术：

1、甲烷是重要的燃料和化工原料，在2020年化石燃料提取的甲烷超过1.2亿吨，然而化石燃料所带来的大气污染、水污染、全球变暖现象日益突出，环境问题和能源需求已经成为了尖锐矛盾。随着基础设施的日渐完善，污水处理设施大规模建设，在日常生活中污水处理厂起到污水处理、废水回用和能量回收等关键性作用。污水处理工艺厌氧消化(ad)是由微生物驱动的连续复杂的生物过程，在减量有机废弃物(有机废水、餐厨垃圾、市政污泥)的同时生产沼气。ad生产的沼气中包含50％～70％的甲烷(ch4)，其高位热值和低位热值分别在50～55mj/m3和30～35mj/m3之间，是一项能够减少化石燃料甲烷占比，为清洁生产提供保障的能源技术。因此，采用ad生物技术减少污染和进行能量回收以加速碳中和进程已经得到越来越多的关注。然而ad的性能受到许多因素的干扰，如温度、ph、底物类型、水力停留时间和新兴污染物等。近些年来，随着新冠病毒的全球大流行，人们对于药品和个人护理用品(ppcps)的需求日益增长。ppcps经人体代谢后其母体和中间体随着市政管网进入污水处理厂。ppcps的抗降解性使得污水处理厂采用的常规方法并不能将其降解，因此ppcps在污水处理厂不断地积累，严重干扰污水处理效果，尤其是在以ad为处理工艺的污水厂中影响着ch4的正常产生。

2、卡马西平，是广泛用于治疗癫痫、三叉神经痛和抗抑郁的药品，它与电压门控钠离子通道结合，并在一定程度上与钙离子通道结合，从而抑制动作电位并减少突触传递。卡马西平在污水处理厂中频繁检出，对ad有着显著的干扰。卡马西平能够破坏污泥结构，加速污泥中营养元素的释放，同时促进酸化，导致挥发酸积累，严重抑制产甲烷过程，最终甲烷产量显著降低。目前对于污水中ppcps的处理方法包括物理法、化学法和生物法。中国专利文献cn109161563a(申请号：201810757599.1)公开了一种采用热水解预处理抗生素菌渣以此实现抗生素菌渣的减量化、无害化和资源化处理的方法，经水热预处理后甲烷产率达到240～320ml/g·cod，较原菌渣厌氧消化效率大幅度提高。中国专利文献cn109279746b(申请号：201811423974.5)公布了一种提高污泥厌氧消化产甲烷同时削减抗生素抗性基因的方法，首先采用零价铁(最佳投加量为20～100g/l)提高污泥水解效率，然后将含铁污泥进行水热反应，最后将水热液和含铁剩余污泥进行高温厌氧消化，甲烷产率提高20～60％，抗性基因的削减效率提高20～60％。尽管上述专利都能够移除抗生素对厌氧消化的抑制作用，但都面临着能量输入大，反应时间长、所用添加剂剂量较大等缺点，其经济效益还有待评估。目前关于缓解卡马西平对厌氧消化抑制作用的还未见报道，因此需开发一种操作简单方便的高效方法来缓解卡马西平对有机废水厌氧消化的抑制来提升甲烷产量。

3、中国专利文献cn113753959a(申请号：202111072990.6)公开了铁酸镧钙钛矿材料及其制备方法和应用，该制备方法包括：将硝酸镧、硝酸铁和水混合，得到混合盐溶液，将混合盐溶液与柠檬酸混合得到前驱体溶液，混合盐溶液中的金属阳离子与所述柠檬酸的摩尔比为1∶(1～1.1)；在45～60℃水浴条件下搅拌不少于0.5h，将前驱体溶液进行冷冻处理和真空冷冻干燥，得到铁酸镧前驱体，将铁酸镧前驱体预先在390～410℃下煅烧2～4h，再在890～910℃下煅烧2～4h得到铁酸镧钙钛矿材料。该方法是通过冷冻干燥法制得的铁酸镧钙钛矿材料，在高温下晶格氧活化可氧化有机物，可用其氧化势介于co和co2之间的特点将焦油有机组分定向氧化为co和h2，同时，铁酸镧钙钛矿表面的过渡金属活性位点也可以促进有机物中c-h键断裂，从而既能够实现焦油的原位去除，还能使焦油定向转化制合成气。该铁酸镧的制备方法与解决的技术问题与本发明有明显的区别。

4、中国专利文献cn110280251a(申请号：201910536937.3)公开了一种用于深度处理的铁酸镧臭氧催化剂及其制备方法，具体方法为：将等物质的量的la(no3)3·6h2o和fe(no3)3·9h2o混合溶液逐滴加入naoh溶液中；然后放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为100～500℃，煅烧时间15～30h；然后干燥得到铁酸镧臭氧催化剂，所述铁酸镧催化剂化学式为lafeo3；使得废水中的苯酚浓度降低，从而达到处理含苯酚废水的效果。该铁酸镧的制备方法与解决的技术问题与本发明有明显的区别。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种铁酸镧制备方法及其在卡马西平胁迫下有机废水厌氧消化中的应用。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种铁酸镧(lafeo3)的制备方法，包括骤如下：

4、1)将聚合剂加入铁盐和镧盐的混合液中，搅拌、干燥处理，获得干凝胶；

5、2)将步骤1)制备的干凝胶研磨、煅烧、洗涤、干燥，获得铁酸镧(lafeo3)。

6、根据本发明优选的，步骤1)中，聚合剂为乙二醇、聚合乙二醇、柠檬酸和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种以上；铁盐为硫酸铁、硝酸铁、氯化铁和乙酸铁或其水合盐中的一种或两种以上；镧盐为硫酸镧、硝酸镧、氯化镧和乙酸镧或其水合物中的一种或两种以上。

7、进一步优选的，步骤1)中聚合剂为一水柠檬酸；铁盐为九水硝酸铁；镧盐为六水硝酸镧。

8、根据本发明优选的，步骤1)中，搅拌时间为1～4h。

9、根据本发明优选的，步骤1)中，混合液中铁盐的浓度为0.01～0.03mol/l；镧盐的浓度为0.01～0.03mol/l。

10、进一步优选的，步骤1)中，混合液中铁盐的浓度为0.02mol/l；镧盐的浓度为0.02mol/l。

11、根据本发明优选的，步骤1)中，聚合剂与铁盐和镧盐的摩尔比为(1.8～2.2)∶1∶1。

12、进一步优选的，步骤1)中，聚合剂与铁盐和镧盐的摩尔比为2∶1∶1。

13、根据本发明优选的，步骤1)中，干燥条件为100～110℃条件下干燥。

14、根据本发明优选的，步骤2)中，干凝胶研磨至细粉末。

15、根据本发明优选的，步骤2)中，煅烧条件为：400～600℃，n2氛围下煅烧3～4h。

16、进一步优选的，步骤2)中，煅烧条件为：600℃，n2氛围下煅烧4h。

17、根据本发明优选的，步骤2)中，洗涤条件为：无水乙醇洗涤2～3次后再用去离子水洗涤2～3次。

18、根据本发明优选的，步骤2)中，干燥条件为将洗涤后的产物置于55～65℃条件下干燥。

19、铁酸镧(lafeo3)在含有卡马西平废水处理中的应用。

20、根据本发明优选，铁酸镧(lafeo3)在含有卡马西平有机废水厌氧消化产ch4中的应用。

21、根据本发明优选，铁酸镧(lafeo3)在缓解卡马西平对有机废水厌氧消化产ch4的抑制作用中的应用。

22、根据本发明优选的，上述应用，具体方法包括如下步骤：

23、将含有卡马西平的有机废水进行污泥接种，并添加铁酸镧(lafeo3)，添加量为5～100mg/l，进行厌氧消化产甲烷。

24、进一步优选的，铁酸镧(lafeo3)的添加量为5～25mg/l。

25、更优选的，铁酸镧(lafeo3)的添加量为25mg/l。

26、铁酸镧(lafeo3)在富集功能菌群longilinea、methanosaeta中的应用。

27、根据本发明优选的，所述应用中的铁酸镧(lafeo3)为上述方法制备的铁酸镧(lafeo3)。

28、有益效果

29、1、本发明提供了一种铁酸镧(lafeo3)的制备方法，本发明制备的铁酸镧纯度高、均匀度高。

30、2、本发明首次将铁酸镧(lafeo3)应用于卡马西平介导的有机废水厌氧消化产ch4过程。本发明制备的铁酸镧纯度高、均匀度高，具有良好的稳定性和高度的生物相容性，提高了反应器内有机物的可生物降解能力，缓解了腐殖酸类物质和卡马西平对产甲烷过程中的关键辅酶f420的抑制。缓解了卡马西平对细胞膜的损害。lafeo3优化了反应器内微生物群落结构，提高了氢营养型和乙酸型产甲烷菌的比例，有利于更多ch4产生。与控制组相比增加了30.01％，恢复至正常水平下(不含卡马西平)的89.10％。lafeo3对于卡马西平胁迫下抑制有机废水厌氧消化产甲烷有着显著的缓解作用。