一种Co3O4/MoS2阳极单室MFC处理垃圾渗滤液混合废水产电的新方法，属于有机废水处理技术领域。本发明专利技术先构建了单室微生物燃料电池(MFC)，制备出Co3O4、MoS2、Co3O4/MoS2作为阳极催化剂，利用污水处理厂好氧活性污泥培养得到的厌氧活性污泥作为阳极液，添加营养液并稳定数周期后，将阳极室厌氧污泥基质更换为老龄垃圾渗滤液和页岩气返排废水的混合废水，在室温和恒压下运行MFC，可去除混合废水中的有机污染物和氨氮，同时还可回收电能。本发明专利技术方法设备简单、操作方便、节能、无二次污染。在阳极催化剂为Co3O4/MoS2的条件下，MFC的最大功率密度达2221mW/m2，最大输出电压539mV，COD去除率可达26.36％，氨氮去除率可达24.84％。氨氮去除率可达24.84％。氨氮去除率可达24.84％。
【技术实现步骤摘要】
一种Co3O4/MoS2阳极单室MFC处理垃圾渗滤液混合废水产电的新方法
[0001]本专利技术涉及一种Co3O4/MoS2阳极单室MFC处理老龄垃圾渗滤液混合废水产电的新方法，属于有机废水处理
技术介绍
[0002]随着社会的高速发展和资源的过度开发利用，环境安全问题在世界范围内尤为突显，废水处理已成为当前环境安全问题的重点部分。其中垃圾填埋场产生的老龄垃圾渗滤液处理不当将会对土壤、地下水、地表饮用水源以及周围环境带来污染；在页岩气开采的水力压裂过程中，会产生大量的页岩气返排废水，其具有高盐、成分复杂、环境毒性等特点。老龄垃圾渗滤液和页岩气返排废水均是成分复杂，难以处理的有机废水，寻找更加高效地处理这两种废水并实现资源化利用，已成为环境安全的重要课题。目前对于垃圾渗滤液的处理方法有厌氧生化处理、膜处理、化学氧化等；处理页岩气返排废水的主要方法有自然蒸发、过滤、臭氧氧化等。处理难降解高浓度有机废水的发展趋势逐渐以生物技术为主流，其中，微生物燃料电池能够将有机物的化学能通过微生物催化反应转化为电能，可以做到在降解废水中有机物的同时产生电能。与传统的方法相比，微生物燃料电池系统既节省成本又十分环保，还可实现废水的资源化利用。
[0003]Co3O4是一种典型的P型半导体材料，禁带宽度为1.5eV，具有尖晶石结构。晶体的组成是氧原子以面心立方密堆积，金属离子填充在氧原子密堆积的空隙里，其中四面体的中心为 Co
2+
，八面体的中心为Co
3+
，这两种价态在同一化学反应内将表现出不同的活性，但由于它们之间又有一定的相似处，Co
2+
、Co
3+
会相互转化，故Co3O4的氧化还原能力较强，非常适合用作催化活性组分，但其催化活性还无法满足实际需求。为了提高Co3O4催化性能，目前主要的方法是从形貌构建、电子结构调控和复合材料优化三个方面入手。如，“BioresourceTechnology”2022年第346卷“The potential of Co3O
4 nanoparticles attached to the surface ofMnO
2 nanorods as cathode catalyst for single
‑
chamber microbial fuel cell”(对比文件1)，先以高锰酸钾和硫酸镁为原料采用水热法制备得到MnO2纳米棒，再将MnO2纳米棒置于氯化钴和氨水混合溶液中采用水热法+焙烧法制备得到复合材料MnO2@Co3O4，最后将 MnO2@Co3O4制备成空气阴极运行MFC，最大输出电压为425mV，最大功率密度为475mW/m3。但该方法的不足之处在于：(1)复合物(催化剂)制备工艺复杂，两步水热法+焙烧法，流程较为繁琐；(2)电池产电性能较差，最大输出电压、最大功率密度较小；(3)应用前景较差，没有明确处理的对象，从其引用的文献看，可能是城市污水处理厂污泥，但没有给出污泥上清液中COD的处理效果。
[0004]MoS2是一种非常典型的二维层状纳米材料，由一个Mo原子平面夹在两个S原子平面之间构成以S
‑
Mo
‑
S键结合在一起，具有比较大的比表面积、简单的层状结构、易于功能化等诸多特性，是一种类石墨烯纳米材料，其活性边缘位点能提高电催化性能，但单一的半导体光催化材料依旧无法避免光生电子
‑
空穴对的再次复合而导致其光催化活性，为此对
MoS2的改性及其复合物的研究较多。如，“Journal of The Electrochemical Society”2017年第164卷“Evaluation of Microbial Fuel Cells with Graphite Plus MnO
2 and MoS
2 Paints as OxygenReduction Cathode Catalyst”(对比文件2)，将石墨、二氧化锰和MoS2分别作为双室微生物燃料电池(MFC)的阴极催化剂以改善MFC在实际废水中的性能，无催化剂MFC功率密度为40mW/m2，用石墨加二氧化锰涂层的MFC功率密度最高可达100mW/m2。但该方法的不足之处在于：(1)复合材料采用物理混合涂覆于电极上，两种物料难以实现均匀混合，稳定性欠佳；(2)电池产电性能差，最大功率密度很小。
[0005]目前尚未见到Co3O4与MoS2复合光催化剂用于MFC的报道，本专利技术采用Co3O4/MoS2阳极单室空气阴极微生物燃料电池，以老龄垃圾渗滤液和页岩气返排废水的混合废水作为处理对象，实现高效产电的同时具有一定的污染物去除效果，具有较好的应用前景。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种成本低廉、绿色环保的MFC技术处理老龄垃圾渗滤液混合页岩气返排废水的新方法，使得废水得到有效降解的同时，又能够将废水中的生物质能转化为生物电能。
[0007]本专利技术提出的老龄垃圾渗滤液混合页岩气返排废水处理方法如下：
[0008](1)MoS2的制备
[0009]称取0.188g硫代乙酰胺(C2H5NS)、0.309g四水合钼酸铵((NH4)6Mo7O
24
·
4H2O)，溶于 45mL蒸馏水中，剧烈搅拌1h后转移至100mL的聚四氟乙烯内衬反应釜中，在200℃下反应20h，冷却至室温后，过滤，滤饼用蒸馏水离心洗涤3次后60℃下干燥6h，研磨后即得到黑色的MoS2；
[0010](2)阳极催化剂Co3O4/MoS2的制备
[0011]称取0.73g六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)、1.5g尿素(CO(NH2)2)、0.37g氟化铵 (NH4F)，溶于50mL蒸馏水中得到溶液A，按照MoS2理论负载量为10％
‑
40％称取相应质量的MoS2，加入到溶液A中，磁力搅拌2h，再转移到100mL反应釜中，在120℃条件下水热反应12h，反应结束取出冷却至室温，过滤，滤饼用蒸馏水离心洗涤3次后，置于烘箱中60℃干燥6h，去除研磨后放入马弗炉中300℃焙烧3h，升温速率为5℃/min，待冷却到室温后，取出样品再次进行研磨，即可制得Co3O4/MoS2；不添加MoS2条件下，采取前述方法可制得Co3O4；
[0012](3)单室微生物燃料电池的构建
[0013]选用有机玻璃构建单室微生物燃料电池(MFC)装置，装置如图1所示，装置为三段式设计，阴极一侧为中心圆形镂空设计，使空气阴极能够与空气充分接触；腔室段为圆柱镂空设计，用以承装液体；另一侧为实心，可以观察到腔室内部；每一段之间都用中部镂空的橡胶垫连接，起到密闭和防水的作用，阴阳极均采用0.5cm的钛丝连接到外电路，外接电阻为 1000Ω，用并联数据采集仪采集MFC电压数据；
[0014](4)单室微生物燃料电池的启动
[0015]使用培养好的厌氧污泥作为阳极室的底物，启动微生物本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种Co3O4/MoS2阳极单室MFC处理垃圾渗滤液混合废水产电的新方法，其特征在于包括以下步骤：(1)MoS2的制备称取0.188g硫代乙酰胺、0.309g四水合钼酸铵，溶于45mL蒸馏水中，剧烈搅拌1h后转移至100mL的聚四氟乙烯内衬反应釜中，在200℃下反应20h，冷却至室温后，过滤，滤饼用蒸馏水离心洗涤3次后60℃下干燥6h，研磨后即得到黑色的MoS2；(2)阳极催化剂Co3O4/MoS2的制备称取0.73g六水合硝酸钴、1.5g尿素、0.37g氟化铵，溶于50mL蒸馏水中得到溶液A，按照MoS2理论负载量为20％称取相应质量的MoS2，加入到溶液A中，磁力搅拌2h，再转移到100mL反应釜中，在120℃条件下水热反应12h，反应结束取出冷却至室温，过滤，滤饼用蒸馏水离心洗涤3次后，置于烘箱中60℃干燥6h，去除研磨后放入马弗炉中300℃焙烧3h，升温速率为5℃/min，待冷却到室温后，取出样品再次进行研磨，即可制得Co3O4/MoS2；不添加MoS2条件下，采取前述方法可...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝宇，徐龙君，张腾，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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