一种生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法

本发明涉及生活污水处理领域，更具体地说，涉及一种钴铁基自支撑氧化物材料的制备作为电极在生物电化学系统中脱氮除磷的应用。

背景技术：

1、水是人类赖以生存和发展的宝贵资源，也是实现社会可持续发展的前提条件。受水资源天然分布和经济社会发展的影响，目前我国面临着严重的水资源问题，其中之一就是水污染严重。水中的污染物一般包括有机污染物和无机污染物两大类，其中氮磷污染物是最受关注之一。

2、生活污水是水环境中氮磷的主要来源，经过污水处理厂生化处理的出水中仍含有一定量的氮磷，这些未能去除的氮磷随出水进入地表水体。也会对自然环境造成极大危害。自然界中氮磷的污染广受关注，氮磷是导致水体富营养化的关键因子，水体富营养化后，藻类和浮游生物快速生长，覆盖水体表面导致阳光难以穿透水面，水体底层植物已成为威胁生态安全和社会发展的主要环境问题。

3、氮磷的去除方法主要有物理化学法、化学沉淀法、生物法。总体而言，上述处理技术各有优势，但都也存在其自身的局限性，往往都存在成本过高的问题。因此目前亟待开发一种高效、低能耗、可持续的新型无机污染物去除技术。微生物电化学系统(mes)是近年来兴起的一种新能源技术，能够实现废水处理和能源同步回收，是微生物技术与电化学技术相结合的产物。面对日益严峻的能源危机和愈发严重的环境污染，微生物电化学技术为能源和环境领域的研究者们带来了新的机遇与挑战。

4、mes在有机废水处理、电能回收、有价值产品的生产与利用、阴极污染物去除、离子迁移等领域展现出良好的应用前景。有机废水处理是mes最直接的一项应用。在mes阳极中同时存在多种微生物，将mes用于有机废水处理时，多种微生物的协同作用加快了有机物的降解速率，提高了降解效率。同时，mes处理有机废水的另一大优点在于污泥产量低，节省了后续处理成本。mes阴阳极之间存在电场，溶液中带电荷的离子会在电场的驱动下进行定向迁移，在mes阴极，具有较高氧化还原电位的物质能接受从阳极传递过来的电子被还原。因此将具有氧化性的污染物，如硝酸根离子、重金属离子以及某些有机物作为阴极电子受体，就可以实现污染物还原去除。

5、生活污水和工业废水中含有大量的有机物，理论上每kg cod氧化可以回收3.86kwh电能，传统厌氧处理工业从水中回收的甲烷和氢气都需要燃烧进一步转化为电能，而mes可以将废水有机物中的化学能直接转化为电能，并且转化效率高，而且利用mes阴极的还原反应可以生产多种有价值的气体，例如氢气、甲烷或h2o2、酸、碱等化学品。mes在有机废水处理、电能回收、有价值产品的生产与利用、阴极污染物去除、离子迁移等领域展现出良好的应用前景。

6、近年来，为了进一步加快降解速率，生物电化学系统一种新型的废水处理方法广受关注。生物电化学系统指以微生物为催化剂在电极上进行氧化还原的一种电化学系统。生物电化学系统主要依靠附着在电极上的产电微生物起作用，所以电极材料对于生物电化学系统的成本、产电能力、污染物去除效果影响很大，电极材料的研究对于推广生物电化学系统的工程放大应用至关重要，污染物去除效果好的电极材料主要为pt基等贵金属，由于其成本高限制了其大范围的应用。过渡金属化合物具有成本低，导电性好等优势受到研究者们的青睐。在过渡金属化合物中，过渡金属基的氧化物纳米材料具有相当的催化活性及稳定性。目前，文献中已报道fe氧化物纳米材料没有被应用于生活污水中氮磷的脱除。ni泡沫具有3d多孔结构，且导电性好，被广泛的用于基底材料。因此，我们以尿素为形貌调节剂，制备出具有大比表面积的生长在ni foam上的钴铁基自支撑氧化物纳米材料，以提升钴铁基自支撑氧化物纳米材料与微生物的相容性，并采用生物电化学法进行生活污水中氮磷脱除的研究。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法，以提高脱氮除磷效率。

3、2.技术方案

4、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

5、一种生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备，所述制备方法包括以下步骤：

6、s1：首先称取0.1-2mmol的氯化铁、0.1-2mmol氯化钴和0.5-5mmol的尿素，将称取的氯化铁、氯化钴和尿素溶于10-80ml的一级水中进行搅拌，搅拌至两种物质形成均匀的溶液，标记溶液①；

7、s2：将ni foam基底清洗干净，备用；

8、s3：将溶液①和s2中的ni foam基底加入到反应釜中，100-160℃对其加热，加热时间为4-10h，将反应后的前驱体进行清洗，标记为②；

9、s4：将s3中的②放入管式炉，在ar的保护下进行退火，退火温度为200-500℃，退火时间为0.5-3h，得钴铁基自支撑氧化物纳米材料。

10、进一步的，所述s1中，加入到钴铁基氧化物材料反应液中尿素的量为0.7-4.5mmol。

11、进一步的，所述s1中，加入到钴铁基氧化物材料反应液中尿素的量为0.9-4.0mmol。

12、进一步的，所述s1中，加入到钴铁基氧化物材料反应液中尿素的量为1.2-3.5mmol。

13、进一步的，所述s1中，加入到钴铁基氧化物材料反应液中尿素的量为1.5-3mmol。

14、进一步的，一种生活污水中脱氮除磷纳米材料，所述脱氮除磷纳米材料由上述内容的制备方法制备获得。

15、进一步的，一种生活污水中脱氮除磷反应电极，所述脱氮除磷反应电极由上述内容的制备方法制备的脱氮除磷纳米材料。

16、另外，提供一种上述钴铁基自支撑氧化物纳米材料在生活污水中作为电极在生物电化学系统中脱氮除磷的应用。

17、3.有益效果

18、相比于现有技术，本发明的优点在于：

19、(1)本技术方案制备了钴铁基自支撑氧化物纳米材料有助于生活废水中氮磷的脱除，将不同浓度的尿素加入到反应液中可能会得到不同比表面积的钴铁基自支撑氧化物纳米材料，从而提升钴铁基自支撑氧化物纳米材料与微生物的相容性。

20、(2)本技术方案以钴铁基自支撑氧化物纳米材料为阴极，组装成生物电化学系统，将其应用到生活污水中氮磷的脱除，其脱氮除磷效率优于单独的微生物脱除法和化学脱除法。此外钴铁基自支撑氧化物材料的制备原料价格低，用于脱氮除磷成本低，具有较好的应用前景。

技术特征：

1.一种生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法，其特征在于：所述s1中，加入到钴铁基氧化物材料反应液中尿素的量为0.7-4.5mmol。

3.根据权利要求1所述的生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法，其特征在于：所述s1中，加入到钴铁基氧化物材料反应液中尿素的量为0.9-4.0mmol。

4.根据权利要求1所述的生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法，其特征在于：所述s1中，加入到钴铁基氧化物材料反应液中尿素的量为1.2-3.5mmol。

5.根据权利要求1所述的生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法，其特征在于：所述s1中，加入到钴铁基氧化物材料反应液中尿素的量为1.5-3mmol。

6.一种生活污水中脱氮除磷纳米材料，其特征在于：所述脱氮除磷纳米材料由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备获得。

7.一种生活污水中脱氮除磷反应电极，其特征在于：所述脱氮除磷反应电极由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的脱氮除磷纳米材料。

8.一种生物电化学装置，包括阳极室、阴极室和参比电极，其特征在于：所述阴极为权利要求7中所述的脱氮除磷反应电极。

9.一种由生物电化学系统脱氮除磷的方法，所述脱氮除磷方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法，属于生活污水处理领域，一种生活污水脱氮除磷的钴铁基氧化物材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1：首先称取0.1‑2mmol的氯化铁、0.1‑2mmol氯化钴和0.5‑5mmol的尿素，将称取的氯化铁、氯化钴和尿素溶于10‑80ml的一级水中进行搅拌，搅拌至两种物质形成均匀的溶液，标记溶液①；S2：将Ni Foam基底清洗干净，备用；S3：将溶液①和S2中的Ni Foam基底加入到反应釜中，100‑160℃对其加热，加热时间为4‑10h，将反应后的前驱体进行清洗，标记为②；从而提升钴铁基自支撑氧化物纳米材料与微生物的相容性和脱氮除磷效率。

技术研发人员：朱莎莎,何英姿,今言,王妍,张凤,朱嘉诚,刘灵,乔椋,陈天明,远野,丁成,周飞
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22