磁铁矿强化褐煤厌氧消化清洁利用的可行性评估：生物甲烷增产与残煤燃烧性能协同提升

本研究针对褐煤直接燃烧导致的污染问题，创新性地引入磁铁矿(Fe3O4)催化褐煤厌氧消化(AD)过程。通过2g最佳投加量实现甲烷产量提升55.4%，同步促进电活性菌(如norank_f_Synergistaceae)与DIET驱动型产甲烷菌(Methanosaeta)富集，并显著改善残煤燃烧特性(比表面积增加53.5%)，为煤炭资源清洁转化提供双效催化策略。

　　

煤炭资源的高效清洁利用是实现"双碳"目标的关键挑战。褐煤作为低阶煤种，虽储量丰富却因高灰分、低热值等特性面临利用困境。传统燃烧方式不仅能源转化效率低下，更造成严重的大气污染。近年来，通过厌氧消化(AD)将褐煤转化为生物甲烷的技术崭露头角，但煤体复杂的芳香环结构严重制约微生物降解效率。现有预处理方法存在成本高、易引发系统酸抑制等问题，亟需开发新型催化策略。

河南理工大学的研究团队在《International Biodeterioration》发表创新研究，首次将磁铁矿(Fe₃O₄)引入褐煤AD体系。通过控制实验比较不同磁铁矿投加量(0-3g)下的产气性能，结合16S rRNA测序分析微生物群落演变，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和比表面积分析(BET)表征煤体结构变化，并利用热重分析评估残煤燃烧特性。

Experimental results of adding magnetite to promote anaerobic digestion methane production
数据显示2g磁铁矿组(M2)累计甲烷产量较对照组提升55.4%，甲烷浓度达64.2%。高通量测序揭示M2组显著富集电活性菌norank_f_Synergistaceae(相对丰度21.3%)和Proteiniclasticum，同时DIET相关产甲烷菌Methosaeta占比高达86.29%，证实磁铁矿通过促进直接种间电子传递(DIET)优化微生物互作。

Analysis and discussion
FTIR分析显示磁铁矿促使褐煤中顽固性脂肪烃降解，含氧官能团增加。BET测试表明残煤比表面积从7.772增至11.924 m²/g，提升53.5%。热重分析证实残煤燃烧特性指数提高32.6%，着火温度降低14.3℃，实现能源梯级利用。

Conclusion
该研究开创性地证实磁铁矿在褐煤AD中的双功能催化作用：既通过富集DIET相关菌群提升甲烷转化率，又同步改善残煤燃烧性能。这种"生物气-清洁固废"联产模式为煤炭产区提供循环经济解决方案，2g磁铁矿的工业适用性已通过磁性回收实验验证。研究为低阶煤资源化利用提供新范式，兼具环境效益与工程应用价值。