【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境修复与污染治理，具体涉及一种单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、环境污染和能源短缺制约着全球经济的发展。厌氧污废水处理是解决这两个问题的一种很有前途的技术，因为它能够从有机污染物中回收能量(例如甲烷)。然而，厌氧系统中产甲烷的性能在很大程度上受到复杂的种间相互作用和产酸菌和产甲烷菌之间低电子转移率的影响。因此，通过多种调控策略增强电子传递，促进微生物代谢，提高厌氧产甲烷性能已成为研究热点。
2、近年来，越来越多的碳基和铁基导电材料(如活性炭、石墨烯、fe3o4、zvi)用于促进厌氧消化过程中直接种间电子转移(diet)过程。碳基导电材料具有较大的表面积和较高的稳定性和导电性，为微生物的生长提供了有利的环境。然而，由于材料表面电子转移位点数量较少，细胞表面与碳基导电材料之间的电子传递受到限制，直接利用碳基导电材料来改善厌氧系统产甲烷的能力有限。fe可以作为碳基导电材料的活性位点，增强碳基导电材料的导电性。将铁引入碳基导电材料有望提高其电子转移能力，促进厌氧处理过程中甲烷产量的提升。
3、然而，用于厌氧体系的复合导电材料通常需要繁琐的制备过程、高昂的制备成本和难以回收，潜在生物毒性和环境风险也不可忽视，这极大地限制了其工程应用。
4、因此，如何提供一种绿色合成方法来制备新型复合导电载体材料是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术公开提供了一种单宁酸改性铁-生物炭
2、需要说明的是，单宁酸(ta)作为一种可生物降解的天然植物多酚，具有优异的金属螯合和电子转移性能，自身的芳香族和醌类基团也可能影响厌氧处理过程。低温热处理可将单宁酸-铁配合物可以最大限度地保留含氧官能团，提高了氧化还原活性，促进了电子传递。铁和ta在中性或偏碱性条件下形成稳定的配合物。在制备过程中引入导电载体碳毡(cf)，通过一锅水热促使导电复合材料原位生长在载体上，具有促进传质、降低内阻和增强微生物粘附的优点，同时，利用植物多酚绿色合成更环保，成本更低，对厌氧污废水处理强化效果也比单一载体或者铁/碳材料更持久和稳定。因此，本专利技术利用单宁酸低温热处理制备新型绿色fe-ta-c复合导电载体强化厌氧过程中的直接种间电子转移diet是一种有前景的策略。
3、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
4、本专利技术的第一个目的是提供一种单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
5、(1)将木质原料高温煅烧得到生物炭，自然冷却后用去离子水和乙醇交替洗涤，烘干过筛待用；
6、需要说明的是，利用废弃原料制备的生物炭作为一种环境友好介质，丰富的多孔结构为微生物的附着提供了更有利的条件，并为厌氧系统中的电子传递提供了良好的活性位点。
7、(2)将步骤(1)所得生物炭和可溶性铁盐溶于去离子水中磁力搅拌30-40min；
8、需要说明的是，通过少量掺杂铁提高生物炭的导电性。
9、(3)待充分溶解后加入单宁酸(ta)继续搅拌6-8h，并利用naoh或koh将所得混合溶液的ph值调节为7-9；
10、需要说明的是，单宁酸(ta)可以通过氢键相互作用与碳底物紧密结合，单宁酸和铁在中性或偏碱性条件下形成稳定的配合物，促进微生物与外源电子受体之间的电子传递，长时间的搅拌可以促进单宁酸和铁充分反应。
11、(4)将步骤(3)中的混合溶液与预处理过的碳毡一同转移到反应釜中进行水热合成，自然冷却后用去离子水洗涤，真空干燥，得到所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料。
12、需要说明的是，本专利技术通过水热合成原生生长fe-ta-c复合材料，形成导电复合载体，具有表面积大、导电能力强和化学稳定性好的优点。一方面，可作为固定载体使用无流失问题，避免了粉末材料回收问题以及对后续工艺的影响，具有一定经济可行性。另一方面，可以诱导微生物附着形成功能性生物膜，强化厌氧过程中的直接种间电子转移diet，最终提高产甲烷性能，实现能源高效回收。
13、可选地，步骤(1)中，所述生物炭为木质生物炭，煅烧温度为450-550℃，煅烧时间1-3h，升温速率为5-10℃/min，用去离子水和乙醇交替洗涤3-4次，在60-65℃下烘干，烘干时间为8-12h，过筛得到100-150目粉末待用。
14、可选地，步骤(2)中，每40-50ml去离子水中加入生物炭0.50-1.0g、可溶性铁盐0.02-0.05g；所述可溶性铁盐优选fecl3·6h2o或fe(no3)3·6h2o。
15、可选地，步骤(3)中，加入单宁酸0.04-0.32g，单宁酸与铁的摩尔比为1:1-1:3，用0.1-0.2mnaoh或koh溶液，逐滴滴加直至混合溶液ph为7-9。
16、可选地，步骤(4)中，碳毡预处理方法为：在80-90℃水浴条件下，将2-5×2-5×0.1-0.2cm3的碳毡在质量浓度为30％双氧水溶液中浸泡1-2h；用去离子水冲洗至中性ph值，在60-65℃烘箱干燥3-6h后，得到预处理的碳毡。以使碳毡携带羟基，提高含氧官能团占比，更好的与ta结合，加强复合导电载体材料的氧化还原能力，促进电子转移。
17、进一步地，步骤(4)中，水热温度为120-140℃，水热合成的时间为12-16h，自然冷却至60℃以下后用去离子水洗涤3-4次，真空干燥温度为60-65℃，烘干时间为8-12h。
18、本专利技术的第二个目的是提供一种如上所述的方法制备的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料，所述导电载体材料为一种促进电子转移的fe-ta-c复合导电载体材料。
19、本专利技术的第三个目的是提供一种如上所述的方法制备的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料在环境修复与污染治理技术中的应用。
20、进一步地，所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料在污废水厌氧处理中的应用，可应用于市政污水、工业废水、养殖废水等多种场景。
21、具体地，将厌氧污泥和单宁酸改性铁-生物炭复合材料/载体置于厌氧反应器中，通入待处理的废水，混合培养10-12天，进行生物降解有机污染物，ph维持在7.0-8.5，水力停留时间为12h。厌氧污泥浓度为5-6gvss/l；复合材料/载体添加量为0.05-0.1g/l；厌氧反应器包括间歇流、半连续流和连续流反应器；运行温度为35-37℃，氮吹5-15min实现反应器内厌氧环境，置于恒温磁力搅拌器中，搅拌速率100-150r/min。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
23、(1)本专利技术通过简单的低温水热合成法制备了单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体，原材料成本低廉，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物炭为木质生物炭；煅烧温度为450-550℃，煅烧时间1-3h，升温速率为5-10℃/min；用去离子水和乙醇交替洗涤3-4次，在60-65℃下烘干，烘干时间为8-12h，过筛得到100-150目粉末待用。
3.根据权利要求1所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，每40-50mL去离子水中加入生物炭0.50-1.0g、可溶性铁盐0.02-0.05g。
4.根据权利要求1所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加入单宁酸0.04-0.32g，单宁酸与铁的摩尔比为1:1-1:3，用0.1-0.2MNaOH或KOH溶液，逐滴滴加直至混合溶液pH为7-9。
5.根据权利要求1所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，碳毡预处理
6.根据权利要求1或5所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，水热温度为120-140℃，水热合成的时间为12-16h，自然冷却至60℃以下后用去离子水洗涤3-4次，真空干燥温度为60-65℃，烘干时间为8-12h。
7.一种如权利要求1所述方法制备的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料，其特征在于，所述导电载体材料为一种促进电子转移的Fe-TA-C复合导电载体材料。
8.一种如权利要求1所述方法制备的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料在环境修复与污染治理技术中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料在污废水厌氧处理中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物炭为木质生物炭；煅烧温度为450-550℃，煅烧时间1-3h，升温速率为5-10℃/min；用去离子水和乙醇交替洗涤3-4次，在60-65℃下烘干，烘干时间为8-12h，过筛得到100-150目粉末待用。
3.根据权利要求1所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，每40-50ml去离子水中加入生物炭0.50-1.0g、可溶性铁盐0.02-0.05g。
4.根据权利要求1所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电载体材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加入单宁酸0.04-0.32g，单宁酸与铁的摩尔比为1:1-1:3，用0.1-0.2mnaoh或koh溶液，逐滴滴加直至混合溶液ph为7-9。
5.根据权利要求1所述的单宁酸改性铁-生物炭复合导电...
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