[发明专利]一种用微生物电化学系统合成过氧化氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用微生物电化学系统合成化学品的方法，具体涉及一种用微生物电化学系统合成过氧化氢的方法。

背景技术

微生物电化学系统是一种能将有机物降解，在连接负载或外加电压下可获得某些产物的系统。近十年来，微生物电化学系统发展迅速，系统类型多极化（微生物燃料电池，微生物电解池，微生物电合成系统），系统产物多样化（电能，H₂，高附加值化学品），系统功能多元化（污水处理，燃料及化学品合成，水质监测）。目前，微生物电化学系统的研究工作主要集中在污水处理和燃料及化学品合成两方面，相较于传统的处理和合成方法微生物电化学系统具有可持续性，清洁性，环境友好性等优势，因此微生物电化学系统的发展对减轻环境问题和能源问题有重要的意义。

过氧化氢（H₂O₂）是一种强氧化剂，广泛用于纸张漂白，化学品合成等工业领域。世界上超过95%的H₂O₂都是通过蒽醌法制得的，但蒽醌法制H₂O₂是高能耗过程。此外电解法也是常用的H₂O₂制备方法，但其也是高能量投入过程。因此，高能耗成为H₂O₂生产中急需解决的问题，低能耗的H₂O₂生产方法的研究就成为一个重要的发展方向。

用微生物电化学系统合成H₂O₂主要利用此原理：在厌氧的阳极室，附着在阳极上的厌氧微生物通过厌氧呼吸作用，将底物消化，产生电子（e^-）和氢离子（H⁺），产生的电子传至阳极，积聚在阳极上的e^-通过外电路传至阴极；产生的H⁺通过阳离子交换膜（CEM）进入好氧的阴极室。在好氧的阴极从外电路传来的e^-，通过CEM传来的H⁺，发生阴极反应8 H⁺+4O₂+8e^-→4 H₂O₂。理论上，微生物电化学系统合成H₂O₂无需能量投入可以大大的减小H₂O₂合成的能量消耗，能够解决H₂O₂合成过程中的高能耗问题具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于克服传统过氧化氢合成法的高能耗问题，提供了一种用微生物电化学系统合成过氧化氢的方法，以微生物为催化剂降解有机物的同时促进过氧化氢的合成，具有低能耗、清洁、无污染的优势。

本发明的技术原理：

一种用微生物电化学系统合成过氧化氢的方法，在厌氧阳极室内加入消化底物（工业废水，城市污水等有机底物），附着在阳极上的厌氧微生物通过厌氧呼吸作用，将底物消化，产生电子（e^-）和氢离子（H⁺），产生的e^-从微生物外膜传至阳极，积聚在阳极上的e^-通过外电路传至阴极；产生的H⁺通过CEM进入好氧阴极室。在好氧阴极室内，从外电路传来的e^-，从阳极室通过CEM传来的H⁺，在阴极表面发生H₂O₂合成反应8 H⁺+4O₂+8e^-→4 H₂O₂，从而实现用微生物电化学系统合成过氧化氢。

本发明的技术方案；

本发明中包括一种用于合成过氧化氢的微生物电化学系统，包含阳极腔室挡板、阳极腔室、阳离子交换膜（CEM）、阴极腔室、阴极腔室挡板；所述阳极腔室挡板为实心结构，所述阴极腔室挡板为空心结构；所述两腔室挡板上均开8个螺纹孔，用以连接整个装置；阳极室与阴极室腔体侧壁上均开有两个螺纹孔，用于原料的输入与产物的导出；阳极室与阴极室腔体上部各开有一个螺纹口，用于电极的导出；装置通过螺栓连接最外侧的阳极腔室挡板与阴极腔室挡板，将最外侧的两个挡板及其中间的构件挤压在一起实现系统密闭性，各部分间均需加有垫片保证系统密封性。