[發明專利]一種金屬氧化物改性電極生物膜還原CO2的方法

有效

• 申請號: 201610150287.5
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105776502B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 叢燕青;葛耀花;許劍佳;金澤雨;王齊;張軼
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/28;C02F3/34;B01D53/84;B01D53/62;C12P5/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種金屬氧化物改性電極生物膜還原CO₂的方法，包括以下步驟：步驟(1)：采用三電極體系進行CV掃描制得金屬氧化物改性導電基底；步驟(2)：在所述金屬氧化物改性導電基底上掛膜形成含厭氧菌的生物膜；步驟(3)：所述生物膜在外加電壓下馴化后，形成具有電活性的生物膜，在外加電場協同作用下進行電極生物膜還原CO₂。本發明中，將所述的金屬氧化物改性生物膜作為陰極材料來構建電催化?改性電極生物膜體系，并利用該體系對CO₂進行還原；通過測定，CO₂的還原率高于10％，且體系運行穩定好。

技術領域

本發明涉及污水處理技術領域，具體涉及一種金屬氧化物改性電極生物膜還原CO₂的方法。

背景技術

石油、煤炭等化石燃料的燃燒造成大量CO₂的排放，導致了“溫室效應”。CO₂的化學性質十分穩定，近乎于“惰性氣體”。因此，尋找一種有效的方法存儲和還原CO₂一直是社會關注的焦點。CO₂的處理技術一般可分為從大氣中分離固定和從燃放氣中分離回收兩大類。現階段，從大氣中分離固定二氧化碳技術主要有生物法，而從燃放氣中分離回收二氧化碳技術主要有物理法、化學法和物理-化學法等。

利用生物法分離、固定二氧化碳已成為21世紀環境工程防治大氣“溫室效應”的主流技術。固定二氧化碳的微生物一般分為兩類：光能自養型微生物和化能自養型微生物。前者主要包括微藻類和光合細菌，它們均含有葉綠素，且以光為能源，二氧化碳為碳源；后者主要以H₂、H₂S、NH₄⁺等還原態無機物質為能源，以二氧化碳為碳源。在自然界中，甲烷可由產甲烷菌的生物作用產生，產甲烷菌呼吸作用是以含碳小分子化合物為電子傳遞的最終受體，最常見的是二氧化碳，甲烷菌的呼吸過程中需要消耗 H₂來作為電子的供體，充足的電子供給也是上述反應得以發生的必要條件。

另外，利用電化學方法使CO₂還原成CH₄也是一條重要的途徑。近年來，在二氧化碳轉化方面，研究者們也做出了很多努力，但利用傳統的化學方法還原二氧化碳需要同時提供能量和氫氣，而采用電催化方法可以還原二氧化碳，且與電解水耦合可以從水中獲取氫。該過程可以在比較溫和的反應條件下直接獲得一氧化碳、碳氫化合物和甲醇等高值化學品和液體燃料，但是反應效率還有待于進一步提高。

將生物法和電化學法有機結合來還原二氧化碳的技術是近年來發展起來的一項新型技術，具有綠色、高效、低能耗等共同優點。自1992年 Mellor等在《Nature》上首次明確提出了“電極-生物反應器”概念以來，該工藝被國內外許多學者進行了研究并被廣泛應用于水處理中，取得了較好的效果。

發明內容

為提高厭氧菌(如甲烷菌)對CO₂的生物催化效果，本發明提供了一種金屬氧化物改性電極生物膜還原CO₂的方法，通過本方法可實現CO₂的高效、穩定還原。

一種金屬氧化物改性電極生物膜還原CO₂的方法，包括以下步驟：

步驟(1)：采用三電極體系進行CV掃描制得金屬氧化物改性導電基底；

三電極體系中，以Fe²⁺或Cu²⁺的前驅體溶液作為電解液，導電基底作為工作電極，鈦電極為對電極，Ag/AgCl電極作為參比電極；

步驟(2)：將所述金屬氧化物改性導電基底水平放置，其上沉降形成含厭氧菌的生物膜；

步驟(3)：所述生物膜在外加電壓下馴化后，形成具有電活性的生物膜，在外加電場協同作用下還原CO₂。