[发明专利]一种金属氧化物改性电极生物膜还原CO2的方法

说明书

本发明公开了一种金属氧化物改性电极生物膜还原CO₂的方法，包括以下步骤：步骤(1)：采用三电极体系进行CV扫描制得金属氧化物改性导电基底；步骤(2)：在所述金属氧化物改性导电基底上挂膜形成含厌氧菌的生物膜；步骤(3)：所述生物膜在外加电压下驯化后，形成具有电活性的生物膜，在外加电场协同作用下进行电极生物膜还原CO₂。本发明中，将所述的金属氧化物改性生物膜作为阴极材料来构建电催化‑改性电极生物膜体系，并利用该体系对CO₂进行还原；通过测定，CO₂的还原率高于10％，且体系运行稳定好。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种金属氧化物改性电极生物膜还原CO₂的方法。

背景技术

石油、煤炭等化石燃料的燃烧造成大量CO₂的排放，导致了“温室效应”。CO₂的化学性质十分稳定，近乎于“惰性气体”。因此，寻找一种有效的方法存储和还原CO₂一直是社会关注的焦点。CO₂的处理技术一般可分为从大气中分离固定和从燃放气中分离回收两大类。现阶段，从大气中分离固定二氧化碳技术主要有生物法，而从燃放气中分离回收二氧化碳技术主要有物理法、化学法和物理-化学法等。

利用生物法分离、固定二氧化碳已成为21世纪环境工程防治大气“温室效应”的主流技术。固定二氧化碳的微生物一般分为两类：光能自养型微生物和化能自养型微生物。前者主要包括微藻类和光合细菌，它们均含有叶绿素，且以光为能源，二氧化碳为碳源；后者主要以H₂、H₂S、NH₄⁺等还原态无机物质为能源，以二氧化碳为碳源。在自然界中，甲烷可由产甲烷菌的生物作用产生，产甲烷菌呼吸作用是以含碳小分子化合物为电子传递的最终受体，最常见的是二氧化碳，甲烷菌的呼吸过程中需要消耗 H₂来作为电子的供体，充足的电子供给也是上述反应得以发生的必要条件。

另外，利用电化学方法使CO₂还原成CH₄也是一条重要的途径。近年来，在二氧化碳转化方面，研究者们也做出了很多努力，但利用传统的化学方法还原二氧化碳需要同时提供能量和氢气，而采用电催化方法可以还原二氧化碳，且与电解水耦合可以从水中获取氢。该过程可以在比较温和的反应条件下直接获得一氧化碳、碳氢化合物和甲醇等高值化学品和液体燃料，但是反应效率还有待于进一步提高。

将生物法和电化学法有机结合来还原二氧化碳的技术是近年来发展起来的一项新型技术，具有绿色、高效、低能耗等共同优点。自1992年 Mellor等在《Nature》上首次明确提出了“电极-生物反应器”概念以来，该工艺被国内外许多学者进行了研究并被广泛应用于水处理中，取得了较好的效果。

发明内容

为提高厌氧菌(如甲烷菌)对CO₂的生物催化效果，本发明提供了一种金属氧化物改性电极生物膜还原CO₂的方法，通过本方法可实现CO₂的高效、稳定还原。

一种金属氧化物改性电极生物膜还原CO₂的方法，包括以下步骤：

步骤(1)：采用三电极体系进行CV扫描制得金属氧化物改性导电基底；

三电极体系中，以Fe²⁺或Cu²⁺的前驱体溶液作为电解液，导电基底作为工作电极，钛电极为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极；

步骤(2)：将所述金属氧化物改性导电基底水平放置，其上沉降形成含厌氧菌的生物膜；

步骤(3)：所述生物膜在外加电压下驯化后，形成具有电活性的生物膜，在外加电场协同作用下还原CO₂。