NiO-rGO纳米复合材料的合成与表征及其在沼气生产中作为催化剂的应用

《Sustainable Chemistry for the Environment》：Synthesis and characterization of NiO-rGO nanocomposite and application as catalyst in biogas production

　　塔波希·拉贝亚（Taposhi Rabeya）|阿卜杜勒·拉希姆（Abdur Rahim）|穆罕默德·扎汉吉尔·阿拉姆（Mohammad Zahangir Alam）|莫沙拉夫·侯赛因（Mosharof Hossain）|莫尼拉·宾特·梅斯巴（Monira Binte Mesbah）|穆罕默德·伊斯梅尔（Mohammad Ismail）|穆罕默德·沙阿·贾马尔（Mohammad Shah Jamal）
孟加拉国能源研究与发展研究所（IERD），孟加拉国科学与工业研究委员会（BCSIR），库德拉特-伊-库达路（Dr. Kudrat-i-Khuda Road），丹蒙迪（Dhanmondi），达卡1205，孟加拉国

**摘要**
近年来，无机-有机复合材料已成为通过厌氧消化过程加速和稳定有机废物转化为沼气研究的焦点。在本研究中，合成了氧化镍还原氧化石墨烯（NiO-rGO）纳米复合材料，用作催化剂以提高沼气产量。在合成NiO-rGO纳米复合材料之前，首先通过水热法从四水合醋酸镍前体制备了NiO纳米颗粒（NPs），并利用改进的胡默斯法（modified Hummers’ method）从润滑油废料中制备了氧化石墨烯（GO）。随后，使用NaBH4作为还原剂将GO还原为rGO，并同时将NiO掺入rGO片层中。通过XRD、FESEM、FTIR、XPS和UV–vis光谱对合成的NiO-rGO进行了表征，以优化工艺以提高转化效率。然后，在中温条件（27±3oC）下，以25 mg/L的浓度将其作为添加剂加入含有8.5%总固体的厌氧批次消化器中，消化时间为60天。结果表明，与对照组相比，添加NiO-rGO后沼气产量增加了15.95%。对照组的特定沼气和甲烷产量分别为0.127 Lg?1VS和0.0741 Lg?1VS，而NiO-rGO催化组的特定沼气和甲烷产量分别为0.147 Lg?1VS和0.089 Lg?1VS。对照组中挥发性固体（VS）的减少率为33%，而NiO-rGO催化组中为44.05%。

**1. 引言**
化石燃料仍然是全球能源的主要来源，占总消耗量的近80%。然而，化石燃料的持续使用导致有限的储备迅速枯竭，并造成严重的环境破坏[1]。这增加了对环境影响较小的可再生能源的需求。沼气是一种可替代的可持续可再生能源，可以从多种生物质来源中生产。厌氧消化（AD）被广泛认为是将有机废物转化为沼气这种可再生能源的最有效方法之一。通常，沼气由50–70%的甲烷（CH?）、30–50%的二氧化碳（CO?）、100–1000 ppm的硫化氢（H?S）以及微量氨（NH?）和水蒸气组成，具体取决于所使用的原料类型[2]、[3]、[4]、[5]。沼气的热值为23 MJ/kg，是化石燃料的强大替代品，可将温室气体（GHG）排放量减少多达80%[6]。沼气技术不仅产生能源，还涉及废物的处理/管理。利用沼气厂的副产品可以降低环境污染风险并减少矿物肥料的使用[4]、[5]、[7]。沼气常用于烹饪、发电、热电联产（CHP），甚至在甲烷提纯后作为运输燃料[8]。

AD过程分为四个主要阶段：水解、酸生成、乙酸生成和甲烷生成[9]、[10]、[11]。沼气产量受底物组成的影响，包括碳水化合物、蛋白质、脂质、纤维和水分含量[12]。挥发性脂肪酸（VFAs）是水解的主要产物[13]。底物中的脂质在厌氧消化过程中被水解为长链脂肪酸（LCFAs）[14]。AD过程中释放的CO?被植物用于光合作用，随后以农业废弃物或肥料的形式返回消化器，从而使过程实现碳中和[15]。因此，AD过程是碳中和过程。传统的AD仍存在一些限制，如启动时间较长、甲烷产量低以及挥发性固体和COD去除效率低[16]、[17]。通过控制温度、pH值、水力停留时间（HRT）、C/N比、有机负荷率、搅拌、营养浓度添加等热物理参数，可以提高沼气产量[18]。

最近的研究集中在使用金属纳米颗粒、金属氧化物和有机-无机纳米复合材料作为添加剂来提高甲烷产量。关于使用金属氧化物纳米颗粒和基于碳的纳米材料（包括石墨烯/金属氧化物-rGO纳米复合材料）进行沼气生产的研究总结在表1中。添加大量营养素和微量营养素可以使底物更容易被微生物利用，从而提高甲烷产量[19]。铁（Fe）、钴（Co）和镍（Ni）等微量元素是辅因子和酶的重要组成部分，因此将这些微量元素作为微量营养素添加到消化器中可以促进沼气生产过程的性能[20]、[21]。Zaidi等人研究了向绿藻沼气生产中添加Ni纳米颗粒[22]，Abdel Salam等人研究了Fe2O3[23]，Hassanein等人研究了CO、Ni和Fe2O3纳米颗粒[24]。

**表1. 与纳米颗粒/纳米复合材料作为沼气生产添加剂相关的先前研究**
| 纳米颗粒 | 底物 | 研究结果 | 参考文献 |
| --- | --- | --- | --- |
| ZnO NPs | 5–100 mg/g TSC | 促进水解步骤，但抑制了甲烷生成，且随着ZnO NPs浓度从5 mg/g增加到100 mg/g TS，抑制作用增强。[25] |
| Ag NPs | 40 mg/L | 污泥 | 添加Ag NPs使甲烷产量增加15%，VS去除率增加25%，优于单独进行污泥AD（对照组）[26] |
| TiO2 NPs | 10 mg/L | 污泥废水 | 沼气产量增加8.8%[27] |
| CuO NPs | 100 mg/kg 干废物 | 牛粪 | CuO提高了沼气和甲烷产量，累计沼气产量比对照组高60%[28] |
| Fe NPs (nano zeroiron) | 84 mg/g VS | 猪粪 | 沼气中的甲烷含量达到88%[29] |
| Co NPs | 1 mg/g Co 和 2 mg/g Ni | 生畜原始粪便 | 纳米颗粒增加了沼气和甲烷产量，减少了滞后阶段，促进了甲烷生成细菌的活性[30] |
| Nano-C60 | 100 mg/kg | 鸡粪 | 累计沼气产量增加130.7%[31] |
| rGO-Fe3O4 | 50 mg/L | 污泥 | 甲烷产量增加47%[32] |
| rGO | 20 mg/L | 市政固体废物的有机部分 | 在有机负荷率为4.0 g VS/天的条件下，甲烷产量增加110%[33] |
| 多壁碳纳米管（MWCNTs）和石墨烯纳米颗粒（GNPs） | 100 mg/L | 食物废物 | MWCNTs使累计沼气产量增加33.55%，GNPs使沼气产量增加81.16%，但当纳米颗粒浓度增加到500 mg/L时，两种情况下的沼气产量均低于对照组[34] |

在传统的AD过程中，发酵细菌产生H2和甲酸盐（HCOO-）作为电子载体，这些载体通过液体介质扩散到甲烷生成古菌，甲烷生成古菌消耗它们产生CH4。这一过程称为氢种间转移（HIT）或间接种间电子转移（IIET），是一个缓慢的过程[35]。碳（例如石墨烯）和基于金属的导电材料、颗粒活性炭（GAC）、生物炭、磁铁矿（Fe2O3）具有高电导率，允许比传统HIT更快的电子交换。将导电纳米材料添加到厌氧消化过程中，电子可以直接从供电子细菌（酸生成菌、乙酸生成菌）传递到甲烷生成菌，形成导电桥，这被称为直接种间电子转移（DIET）过程[36]、[37]。DIET过程增强了厌氧消化器中的有机降解过程，最终提高了甲烷产量并缩短了滞后阶段[36]、[37]。图1示意性地展示了通过添加导电材料实现直接种间电子转移（DIET）的过程。

**图1. 通过添加导电材料实现直接种间电子转移（DIET）的过程示意图**

石墨烯是一种二维平面结构材料，由单层碳原子以六边形蜂窝结构组成，具有sp2杂化轨道[38]。GO具有与石墨烯相似的六边形碳结构，但含有羟基（–OH）、烷氧基（C–O–C）、羰基（C–O）、羧基（–COOH）和其他含氧官能团，这些官能团提高了其在水和其他溶剂中的溶解度[39]。GO通常由市售石墨合成；也可以使用本地可用的碳源合成。使用废润滑油作为碳源可以为工业废物增值，并减少土壤和水污染。大多数先前的研究使用商业石墨制备rGO。我们的工作重点是使用本地润滑油废料制备GO，然后将其还原为rGO。使用合适的还原剂（肼、抗坏血酸、硼氢化钠）或水热过程去除大部分含氧官能团，恢复石墨烯结构，这种还原后的石墨烯称为还原氧化石墨烯（rGO），其性质接近原始石墨烯[40]。在这些还原方法中，NaBH4还原过程简单且在实验室规模生产中具有优势，而肼是一种致癌化学物质；另一方面，水热过程需要专门设计的设备且能耗较高。rGO具有高电子迁移率、大表面积，并且可以容易地与纳米金属氧化物形成复合材料[41]、[42]。NiO NPs可以在指定反应条件下与不同的有机和无机材料形成复合材料。在无机-有机基纳米复合材料中，基于石墨烯的金属氧化物纳米复合材料在多个应用领域引起了研究兴趣，包括催化剂、用于生物能源生产的厌氧消化等[43]、[44]。

本研究的目的是合成和表征NiO–rGO纳米复合材料，并评估它们在提高沼气产量方面的性能。我们选择这种NiO–rGO组合是因为早期研究表明，单独使用基于Ni的添加剂和基于碳的导电材料可以改善微生物活性，但它们的联合效应尚未得到充分探索。选定的比例确保了足够的NiO负载以促进催化活性，同时保持了足够的rGO以支持导电性和电子转移。这项工作还考虑了使用本地制备的碳材料与市售材料的相关性，填补了目前对成本效益高、可扩展材料用于AD增强的理解方面的空白。

**2. 材料与方法**
本研究中使用的所有化学品均为分析级，按接收状态使用，无需进一步纯化。98%纯度的四水合醋酸镍从Merck USA购买，氢氧化钠颗粒从Merck Germany购买，HNO3（69%）从Sigma Aldrich购买，硫酸（98%）从Merck KGaA购买，正己烷（95%）从Merck KGaA购买，乙醇（绝对）从Sigma Aldrich购买，高锰酸钾（97%）从Sigma Aldrich购买，硼氢化钠（99%）从Sigma Aldrich购买，HCl（37%）从Merck Germany购买。

**2.1. 从润滑油废料（LOW）制备GO**
2.1.1. 润滑油废料预处理
首先使用正己烷（Soxhlet提取法）从废油混合物中提取油。然后，将提取的废料与2% HCl按1:20的酸比处理。之后将废料干燥并储存，用于制备氧化石墨烯（GO）。

**2.1.2. 从LOW制备GO**
使用改进的胡默斯法[45]制备GO：在圆底烧瓶中混合75 mL H2SO4和25 mL HNO3（体积比3:1），在冰浴中以700 rpm剧烈搅拌30分钟。然后加入3 g LOW，以700 rpm剧烈搅拌30分钟。接着缓慢加入9 g KMnO4（至少15分钟或更长时间），在室温下以700 rpm磁力搅拌6.30小时。然后加入90 mL冷去离子水（DI），搅拌30分钟以生成深棕色反应混合物，最后加入300 mL DI水，静置过夜以沉淀GO。通过真空过滤分离出合成的GO，然后用200 mL 3% HCl和DI水多次洗涤。最后，用乙醇（200 mL）洗涤GO粉末，调整pH至7。干燥和研磨后得到GO粉末。

**2.2. 合成NiO NPs**
根据文献[46]中的方法合成NiO NPs，并稍作修改。简要来说，在烧杯中取50 mL 300 mM四水合醋酸镍溶液，逐滴加入5 mL 4 M尿素溶液，并进行磁力搅拌。然后逐滴加入600 mM氢氧化钠溶液，剧烈搅拌直至完全沉淀。溶液的pH约为12。随后将混合物转移到100 mL特氟龙内衬的不锈钢高压釜中，放入140?C的烤箱中加热8小时。自然冷却后，通过循环洗涤去离子水和乙醇以4500 rpm离心前体。然后将绿色前体在55oC下干燥72小时，然后干燥前体并在500oC下煅烧4小时。

**2.3. 合成NiO-rGO纳米复合材料**
使用NaBH4作为还原剂将合成的GO还原为NiO-rGO。在此过程中，将0.5 g（2 mg/mL）的GO粉末和3 g NiO分散在250 mL DI水中，室温下以700 rpm剧烈搅拌30分钟。然后缓慢加入500 mL 0.25 M NaBH4溶液，室温下以700 rpm剧烈搅拌。由于NaBH4的加入，GO被还原为rGO，NiO附着在rGO片层上，继续搅拌直至反应完成。最后，通过离心和循环洗涤DI水和乙醇分离NiO-rGO。通过干燥和研磨获得NiO-rGO粉末。## 特性分析

所得到的GO、r-GO和NiO-rGO通过X射线衍射（XRD）（ARL EQUINOX1000，Thermoscientific，美国）进行了表征。XRD图谱在室温下记录，采用连续扫描方式，扫描角度范围为2θ = 5–60°，使用Cu Kα1波长1.54060 nm，电压40 kV，电流60 mA，步长0.03°，扫描速率为10 min^-1。表面形貌通过场发射扫描显微镜（FESEM）（JSM-760F，JEOL，日本）结合能量分散光谱仪（EDS）（JEOL-JED2300 Analysis Station，日本）进行观察，加速电压为15 kV，放大倍数分别为50k×和100k×。元素组成通过EDS分析确定。化学状态和成分细节通过X射线光电子能谱（XPS）（K-Alpha，Thermoscientific，捷克共和国）测定，使用单色Al Kα（1486.68 eV）X射线源，180°双聚焦半球形分析器（128通道2D探测器）以及Advantage软件进行分析。光学漫反射光谱（DRS）数据使用UV-Vis分光光度计（UH4150，Hitachi，日本）在200至800 nm范围内测量，测量波长为600 nm，扫描速率为每分钟一次。

### 2.5 厌氧消化

#### 2.5.1 奶牛粪便的收集与表征

奶牛粪便从孟加拉国达卡的当地奶牛场收集。收集后，粪便在4°C下储存，待后续分析和实验使用。水分含量通过重量法测定；通过在105°C下干燥来计算总固体（TS），总固体含量为100%减去水分含量得到。灰分含量通过在800°C下完全燃烧无水样品来测定。挥发性固体（VS）的测量方法参照Kisan等人的研究[47]，即在马弗炉中以600°C燃烧2小时。pH值使用pHep Pocked-Sized pH计（HANNA instruments）测定。C/N比通过C-H-N-S-O元素分析仪（Vario EL cube – Elementar）测定，操作过程中使用氦气作为载气。

#### 2.5.2 厌氧消化实验装置

准备两个1 L容量的Buchner烧瓶，每个烧瓶中加入含有8.5%总固体（TS）浓度的奶牛粪便，并加入适量的水使悬浮液体积达到500 mL。选择这一固体浓度是因为通常认为6–10%的固体浓度是最优的[48]。烧瓶分别标记为反应器1和反应器2。每个烧瓶中加入50 mL接种物（接种物来自BCSIR的奶牛粪便生物气厂）。反应器1作为对照组，在第二个烧瓶中加入25 ppm的NiO-rGO。然后用橡胶塞封闭烧瓶，在27 ± 3°C的中温条件下进行60天的消化过程。每24小时使用水置换法测量一次生物气产量（生物消化器的布置示意图见图2），并且每天手动搅拌一次烧瓶。生物气的成分通过便携式生物气分析仪（BIOGAS 5000）进行测定。

### 3 结果与讨论

#### 3.1 XRD分析

合成的GO、rGO和NiO-rGO的XRD分析结果如图3所示。GO在(002)平面上的9.28°衍射峰是由于GO表面存在羟基、羧基和环氧基团以及碳层之间的较大层间距所致。这些官能团通过共价键与石墨烯片层之间的sp3杂化碳原子相连[49]。由于含有氧的官能团被去除以及石墨烯层间距减小，衍射峰变宽并移至25.95°，这证实了GO的还原。GO的层间距为8.97 ?，与其他报道的值相当[50]；GO的层间距从石墨的3.35 ?增大是由于含有氧的官能团的存在。rGO在19.29°处的肩峰与氧基团或水分子的插层有关。rGO的层间距为4.59 ?，由于大部分含氧官能团的还原，其层间距小于GO。

#### 3.2 FTIR分析

对GO、rGO和NiO-rGO纳米复合材料进行了FTIR光谱分析，以获取关于GO基面和边缘上含氧官能团（如羟基、羰基、环氧基等）的信息。从图4可以看出，在GO的光谱中，3024–3385 cm^-1处有一个宽而强的峰，对应于O-H伸缩振动；1617 cm^-1和1743 cm^-1处的窄吸收峰分别对应于羰基和羧基的CO伸缩振动[51][52]；1365 cm^-1处的峰对应于C-OH伸缩振动，1365 cm^-1处的峰对应于C-O烷氧基[53]。在rGO的光谱中，2812 cm^-1、1617 cm^-1、1743 cm^-1和1365 cm^-1处的峰消失了，这表明GO发生了还原。1555 cm^-1处的强峰证实了石墨sp2碳网络的恢复[55]。在NiO-rGO的光谱中，652 cm^-1处的峰表明形成了NiO-rGO纳米复合材料。

#### 3.3 FESEM分析

通过FESEM分析了GO、rGO和NiO-rGO的表面形貌。图5显示了每种产品在50 K和100 K放大倍数下的FESEM显微照片。从FESEM显微照片可以看出，颗粒呈片状且聚集在一起。图5(c)清楚地显示NiO覆盖在rGO片层上。

#### 3.4 EDX分析

使用EDX确定了GO、rGO和NiO-rGO的元素组成（见图6）。每个光谱中C和O的峰强度都很高，证实了GO、rGO和NiO-rGO中存在碳和氧。rGO中O的峰强度较低，表明GO发生了还原。图6(c)中Ni的峰证实了与rGO的复合。GO、rGO和NiO-rGO的元素组成见表2。表格显示，rGO中的碳质量百分比高于GO，而氧的质量百分比低于GO，这也表明GO发生了还原；NiO-rGO中存在Ni，证实了复合材料的形成。

#### 3.5 GO、rGO和NiO-rGO的XPS分析

通过XPS分析了GO、rGO和NiO-rGO的表面化学状态（见图7 a-d）。GO、rGO和NiO-rGO的 survey光谱显示表面存在C、O和Ni。以C 1s峰（284.5 eV）为参考点，得到了C 1s、O 1s和Ni 2p的窄光谱。图7(c)显示了GO、r-GO和NiO-rGO的高分辨率C1s光谱，其中包含三个峰，分别对应于CC（284.98 eV）、C-O（286.88 eV）和CO（288.88 eV）键。与GO相比，rGO和rGO-NiO复合材料中C-O和CO键的强度显著降低，证实了GO发生了还原[56][57]。GO、rGO和NiO-rGO的O1s XPS光谱见图7(d)。在rGO-NiO中，529.6 eV处的峰对应于NiO-rGO纳米复合材料的形成。

#### 3.6 UV-Vis DRS研究

通过UV-Vis DRS光谱分析了GO、rGO和NiO-rGO的光学特性（见图8）。使用Kubelka-Munk函数通过绘制[F(R)hν]2与能量（eV）的导数图来计算能带隙[59]。(1)F(R) = (1-R)^2 / 2R。(2)hλ = 1240/ λ，其中R是样品的反射系数，F(R)是Kubelka-Munk函数，λ是吸收波长，h是普朗克常数。图8(a)中，221 nm处的吸收是由于芳香族CC的π-π*电子跃迁；268–285 nm处的吸收是由于GO的n-π电子跃迁[60][61]；370 nm处的吸收带是由于NiO和rGO之间的电荷转移[62]。通过[Tauc plot of [F (R) hν]1/2与能量的关系计算能带隙，得到GO、rGO和NiO-rGO的能带隙分别为3.16 eV、2.93 eV和2.89 eV（见图8(b)）。

#### 3.7 奶牛粪便和接种物的特性

奶牛粪便的总固体和挥发性固体含量分别为22.65%和17.91%。奶牛粪便的pH值为6.9，处于文献中报道的适合生物气生成的范围内（6.8–7.2[63]）。奶牛粪便的C/N比为23，也在有机废物生物气生成的理想范围内（20–35[64][65]。奶牛粪便的特性见表3。

#### 3.8 每日生物气产量

厌氧消化在27 ± 3°C的中温条件下进行，持续60天。反应器1仅含有奶牛粪便作为对照组，反应器2中加入25 ppm的NiO-rGO作为催化剂。通过水置换法测量两个厌氧消化器的每日生物气产量。从图9可以看出，生物气产量从消化期的第4天开始增加，一直持续到消化期结束。NiO-rGO催化的反应器中，每日生物气产量在第32天达到最大值，为340 mL；对照组反应器的每日生物气产量在第22天达到最大值，为300 mL。第32天后，两个消化器的生物气产量均开始下降，持续到第60天。

#### 3.9 累积生物气产量

图10显示了两个消化器中的累积生物气产量。图表表明，随着消化时间的延长，两个消化器中的累积生物气产量都在增加。对照组和NiO-rGO催化的消化器的总生物气产量分别为4200 mL和4870 mL。NiO-rGO催化的消化器产生的生物气比对照组多15.95%。这一结果与Gokcek O等人的研究一致[66]，他们报告称在含有城市有机固废的AD消化器中加入30 mg/L的rGO后，生物气产量比对照组增加了23%。

#### 3.10 生物气中甲烷含量的变化

图11显示了两个消化器中甲烷含量随消化时间的变化情况。图表表明，两个消化器中的甲烷含量都随着消化时间的延长而增加，在NiO-GO催化的消化器中第30天达到峰值，而在对照组消化器中第35天达到峰值。在20天时，对照组中的甲烷含量为60.24%，而NiO-rGO催化的消化器中的甲烷含量为62.10%，气体具有可燃性。在35天时，对照组消化器中的甲烷含量达到最高值67.32%，而在NiO-rGO催化的消化器中甲烷含量为61.42%，之后两个消化器中的甲烷含量都在消化期间逐渐下降。NiO-rGO消化器中更早且更高的甲烷峰值表明在甲烷生成过程中电子转移活性得到了改善。甲烷含量从20天的62.10%上升到30天的71.42%，表明与对照组相比，甲烷生成菌的激活速度更快（对照组在35天达到67.32%的峰值）。这种行为与NiO-rGO在促进直接种间电子转移（DIET）和异质种间电子转移（HIT）中的作用一致。rGO层提供了导电路径，使细菌能够更有效地将电子传递给产甲烷的古菌[33]，而NiO提供了MCR辅因子（F430）所需的Ni2+离子，从而支持更高效的甲烷生成。更高的累计沼气产量（增加了15.95%）以及持续到第30天的生产进一步证明了DIET/HIT对催化消化器性能提升的贡献[67]。

图11显示了两个消化器中甲烷含量随消化时间的变化。表4展示了两个消化器中的沼气生成数据。从表中可以看出，对照组消化器的总沼气产量为4200毫升，而NiO-rGO催化的消化器总沼气产量为4870毫升，比对照组高出15.95%。

表4. 对照组和rGO-NiO催化消化器中的沼气生成数据。

| 消化器 | 累计沼气产量（毫升） | 累计甲烷产量（毫升） | 沼气产量（%） | 甲烷产量（%） |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 对照组 | 4200 | 244 | 0.32 | 0.10 |
| rGO-NiO | 4870 | 295 | 0.37 | 0.14 |
| 41 | CD+NiO-rGO | 4870 | 295 | 0.37 | 0.14 |
| 70 | 41 | 50 | 0.14 | 0.70 |
| 30 | 41 | 98 | 4.95 | 15.95 |

**结论**
在本研究中，合成了氧化镍-还原石墨烯（NiO-rGO）纳米复合材料，并将其用作催化剂以提高牛粪的沼气产量。在合成复合材料之前，首先从润滑油废料中制备了氧化石墨烯，然后使用NaBH4作为还原剂对GO进行了还原。对复合材料的结构、形态和化学状态进行了表征，以确保其完美形成。在厌氧批次消化器中，以中温条件使用了25 ppm的NiO-rGO作为催化剂，消化器中的牛粪TS浓度保持在8.5%。对照组和NiO-rGO催化消化器的总沼气产量分别为4200毫升和4870毫升。添加NiO-rGO后，沼气产量比对照组提高了15.95%。NiO-rGO添加后的特定沼气产量为0.147 Lg?1，比不添加NiO-rGO时高出15.74%。NiO-rGO催化的消化器中的甲烷含量为71.3%，也高于对照组（66.3%）。对照组中的挥发性固体减少量为33%，而NiO-rGO催化的消化器中为44.05%。结果表明，NiO-rGO纳米复合材料可以用作有机废物沼气生产的催化剂。由于NiO-rGO提高了甲烷产量，它将直接有助于增加能源生产（热能和电力），并提高沼气厂的经济可行性和盈利能力。需要进一步研究Ni在土壤和水系统中长期积累的环境影响。

**作者贡献声明**
Mohammad Ismail：撰写、审阅与编辑、监督。
Mohammad Shah Jamal：撰写、审阅与编辑、验证、监督、项目管理、资金获取、概念构思。
Taposhi Rabeya：撰写初稿、验证、调查、数据分析。
Mosharof Hossain：撰写、审阅与编辑。
Monira Binte Mesbah：数据分析。
Abdur Rahim：撰写、审阅与编辑、可视化、验证、方法论、数据分析。
Mohammad Zahangir Alam：可视化。

**关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明**
作者在写作过程中使用了生成式AI和AI辅助技术（Chat GTP和Gemini）来提高手稿的可读性和语言表达。在绘制图表或数据分析方面没有使用任何辅助工具。