Enhanced anaerobic digestion for degradation of swine wastewater through a Fe/Ni-MOF modified microbial electrolysis cell

微生物电解槽 厌氧消化 阴极 电解 废水 材料科学 化学工程 废物管理 化学需氧量 催化作用 化学 产甲烷 甲烷 电极 工程类 物理化学 有机化学 电解质
作者
Chengcheng Wang,Xiaomei Ye,Yang Liu,Zhaoyan Jia,Chunhui Cao,Qingbo Xiao,Jing Du,Xiangping Kong,Xiayuan Wu,Zhongbing Chen,Yonglan Xi
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier BV]
卷期号:380: 134773-134773 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2022.134773
摘要

Stainless steel mesh, as the common cathode of microbial electrolytic cell-assisted anaerobic digestion (MEC-AD), has the disadvantages of low specific surface area, poor biocompatibility and low catalytic activity, which limits the production of methane. Metal-organic frameworks (MOFs) have attracted much attention due to their adjustable pores and specific catalytic properties. However, little attention was paid to the combination of MOF and stainless-steel mesh to improve the performance of MEC-AD cathode. In this study, we combined stainless steel mesh with bimetallic MOF catalyst (Fe/Ni–NH2BDC) to prepare a composite cathode, and verified its promoting effect on AD of swine wastewater. The experimental results showed that the reactor with the carbonized MOF composite cathode (FeNi2-PAN2) achieved the highest soluble chemical oxygen demand removal rate of 82.92% and a maximum cumulative methane yield of 213.47 mL CH4/g COD under an applied voltage of 0.8 V, which were 33.14% and 57.56% higher than those of an anaerobic digestion (AD) control reactor, respectively, and higher than those of a carbon paper (CP) cathode reactor. The enrichment of Methanobacterium and Methanoculleus on the surface of FeNi2-PAN2 cathode surface indicated that FeNi2-PAN2 cathode enhanced hydrogenotrophic methanogenesis and improved the stability of AD.

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