[实用新型]一种用于合成过氧化氢的微生物电化学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微生物电化学系统及其在化学品合成中的应用，具体涉及一种用于合成过氧化氢的微生物电化学系统。

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。

实用新型内容

本实用新型的目的是：利用微生物电化学系统合成H₂O₂，实现H₂O₂的低能耗合成。

为了解决上述问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

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；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，通过挤压实现系统密闭性，各部分间均需加有垫片保证系统密封性。

所述阳极室与阴极室腔体上均开有两个螺纹孔，用于连接导管，进行原料的输入与产物的导出。

进一步，所述阴极室腔体上的产物导出口可连接小型蠕动泵和H₂O₂提纯系统，以提高H₂O₂浓度，使制得的H₂O₂浓度符合工业标准。

一种用于合成过氧化氢的微生物电化学系统电极装配：阳极（碳毡，碳布，碳刷等碳基材料）置于厌氧阳极室内；阴极（涂有碳粉催化剂及空气扩散层的防水碳布）涂有催化剂的一侧与阴极液接触，涂有空气扩散层的一侧直接接触空气。