[发明专利]一种锰掺杂磁性炭及其制备和在暗发酵制氢中的应用

权利要求书

1.一种利用锰掺杂磁性炭促进高温暗发酵产氢的方法，其特征在于，所述锰掺杂磁性炭的主要组分为活性炭、MnFe₂O₄、Fe₂O₃和MnCO₃，其中MnFe₂O₄、Fe₂O₃和MnCO₃均匀附着在活性炭表面及孔径内，C、O、Fe和Mn的原子百分率分别为79～80％、18～19％、1～2％和0.5～1％；

所述暗发酵方法包括以下步骤：

A.取城市污水处理厂的脱水污泥，在高温条件下厌氧静置15～35d，以筛选及富集厌氧发酵细菌；所述高温条件为50～55℃；

B.将富集完成后的污泥在85～100℃热处理30～60min，冷却至暗发酵产氢的适宜温度50～55℃，然后在葡萄糖浓度为0.5～2g/L、50～55℃条件下厌氧驯化富集24～36h，获得暗发酵产氢的接种物；

C.将葡萄糖2.5～7.5g、蛋白胨0.05～0.15g、产氢接种物100～200ml五份分别倒入发酵反应器，并编号1～5；

D.称取100、200、300、400mg锰掺杂磁性炭依次加入2～5号反应器中；将所有反应器用去离子水定容至500ml，此时反应器中葡萄糖浓度为5～15g/L，蛋白胨浓度为0.1～0.3g/L，产氢接种物与发酵总体积的比例为20～40％，锰掺杂磁性炭浓度为0～800mg/L；

E.将发酵反应器分别用橡胶塞封口，连接气体收集装置；反应器密封，厌氧；水浴控温系统调温，发酵温度为50～55℃，发酵时间为30～48h，采用排碱法收集气体。

2.如权利要求1所述的利用锰掺杂磁性炭促进暗发酵产氢的方法，其特征在于，所述锰掺杂磁性炭的X射线衍射图谱显示，在29.68°、34.91°、52.71°和56.12°处出现特征峰，与MnFe₂O₄相对应；在29.96°、32.80°、60.895°和67.72°出现的特征峰与Fe₂O₃对应；在24.27°、31.38°和51.68°处有特征峰出现，说明该材料中含有微量MnCO₃；在2θ＝24～28°时，有峰出现，代表材料含活性炭。

3.如权利要求1所述的利用锰掺杂磁性炭促进暗发酵产氢的方法，其特征在于，所述锰掺杂磁性炭，将锰盐与铁盐在碱性条件下油浴加热进行冷凝回流反应，经干燥后获得。

4.如权利要求1～3任一项所述的利用锰掺杂磁性炭促进暗发酵产氢的方法，其特征在于，采用以下技术方案制备锰掺杂磁性炭：

锰离子与铁离子在碱性条件下，在冷凝回流反应器中进行油浴加热，迅速反应生成MnFe₂O₄；溶液中剩余的铁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铁，在加热条件下失水形成Fe₂O₃；溶液中剩余锰离子在碱性条件下，与空气中CO₂反应，生成微量MnCO₃，持续加热，待反应完全后MnFe₂O₄、Fe₂O₃和微量MnCO₃均匀附着在活性炭表面及孔径内，经干燥后得到所述锰掺杂磁性炭；所述油浴加热，反应温度为100～130℃、反应时间为2～4h；所述干燥为，干燥温度60～85℃、干燥时间为10～20h。

5.如权利要求4所述的利用锰掺杂磁性炭促进暗发酵产氢的方法，其特征在于，所述锰离子与铁离子以锰盐与铁盐为原料，所述锰盐为氯化锰、硫酸锰、硝酸锰或磷酸锰中的一种或几种；所述铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或醋酸铁中的一种或几种；

所述碱性条件用pH＝10～12的NaOH溶液调节得到。