本發(fā)明涉及一種用微生物電化學(xué)系統(tǒng)合成化學(xué)品的方法，具體涉及一種用微生物電化學(xué)系統(tǒng)合成過氧化氫的方法。

背景技術(shù)：

微生物電化學(xué)系統(tǒng)是一種能將有機(jī)物降解，在連接負(fù)載或外加電壓下可獲得某些產(chǎn)物的系統(tǒng)。近十年來，微生物電化學(xué)系統(tǒng)發(fā)展迅速，系統(tǒng)類型多極化（微生物燃料電池，微生物電解池，微生物電合成系統(tǒng)），系統(tǒng)產(chǎn)物多樣化（電能，h2，高附加值化學(xué)品），系統(tǒng)功能多元化（污水處理，燃料及化學(xué)品合成，水質(zhì)監(jiān)測）。目前，微生物電化學(xué)系統(tǒng)的研究工作主要集中在污水處理和燃料及化學(xué)品合成兩方面，相較于傳統(tǒng)的處理和合成方法微生物電化學(xué)系統(tǒng)具有可持續(xù)性，清潔性，環(huán)境友好性等優(yōu)勢，因此微生物電化學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)減輕環(huán)境問題和能源問題有重要的意義。

過氧化氫（h2o2）是一種強(qiáng)氧化劑，廣泛用于紙張漂白，化學(xué)品合成等工業(yè)領(lǐng)域。世界上超過95%的h2o2都是通過蒽醌法制得的，但蒽醌法制h2o2是高能耗過程。此外電解法也是常用的h2o2制備方法，但其也是高能量投入過程。因此，高能耗成為h2o2生產(chǎn)中急需解決的問題，低能耗的h2o2生產(chǎn)方法的研究就成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。

用微生物電化學(xué)系統(tǒng)合成h2o2主要利用此原理：在厭氧的陽極室，附著在陽極上的厭氧微生物通過厭氧呼吸作用，將底物消化，產(chǎn)生電子（e^-）和氫離子（h⁺），產(chǎn)生的電子傳至陽極，積聚在陽極上的e^-通過外電路傳至陰極；產(chǎn)生的h⁺通過陽離子交換膜（cem）進(jìn)入好氧的陰極室。在好氧的陰極從外電路傳來的e^-，通過cem傳來的h⁺，發(fā)生陰極反應(yīng)8h⁺+4o2+8e^-→4h2o2。理論上，微生物電化學(xué)系統(tǒng)合成h2o2無需能量投入可以大大的減小h2o2合成的能量消耗，能夠解決h2o2合成過程中的高能耗問題具有重要的研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)過氧化氫合成法的高能耗問題，提供了一種用微生物電化學(xué)系統(tǒng)合成過氧化氫的方法，以微生物為催化劑降解有機(jī)物的同時(shí)促進(jìn)過氧化氫的合成，具有低能耗、清潔、無污染的優(yōu)勢。

本發(fā)明的技術(shù)原理：

一種用微生物電化學(xué)系統(tǒng)合成過氧化氫的方法，在厭氧陽極室內(nèi)加入消化底物（工業(yè)廢水，城市污水等有機(jī)底物），附著在陽極上的厭氧微生物通過厭氧呼吸作用，將底物消化，產(chǎn)生電子（e^-）和氫離子（h⁺），產(chǎn)生的e^-從微生物外膜傳至陽極，積聚在陽極上的e^-通過外電路傳至陰極；產(chǎn)生的h⁺通過cem進(jìn)入好氧陰極室。在好氧陰極室內(nèi)，從外電路傳來的e^-，從陽極室通過cem傳來的h⁺，在陰極表面發(fā)生h2o2合成反應(yīng)8h⁺+4o2+8e^-→4h2o2，從而實(shí)現(xiàn)用微生物電化學(xué)系統(tǒng)合成過氧化氫。

本發(fā)明的技術(shù)方案；

本發(fā)明中包括一種用于合成過氧化氫的微生物電化學(xué)系統(tǒng)，包含陽極腔室擋板、陽極腔室、陽離子交換膜（cem）、陰極腔室、陰極腔室擋板；所述陽極腔室擋板為實(shí)心結(jié)構(gòu)，所述陰極腔室擋板為空心結(jié)構(gòu)；所述兩腔室擋板上均開8個(gè)螺紋孔，用以連接整個(gè)裝置；陽極室與陰極室腔體側(cè)壁上均開有兩個(gè)螺紋孔，用于原料的輸入與產(chǎn)物的導(dǎo)出；陽極室與陰極室腔體上部各開有一個(gè)螺紋口，用于電極的導(dǎo)出；裝置通過螺栓連接最外側(cè)的陽極腔室擋板與陰極腔室擋板，將最外側(cè)的兩個(gè)擋板及其中間的構(gòu)件擠壓在一起實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密閉性，各部分間均需加有墊片保證系統(tǒng)密封性。

所述的一種用于合成過氧化氫的微生物電化學(xué)系統(tǒng)電極裝配：陽極（碳?xì)郑┲糜趨捬蹶枠O室內(nèi),通過石墨棒從陽極腔室上部的陽極導(dǎo)出口導(dǎo)出；陰極（涂有鉑碳粉催化劑及空氣擴(kuò)散層的防水碳布）涂有催化劑的一側(cè)與陰極液接觸，涂有空氣擴(kuò)散層的一側(cè)直接接觸空氣，通過與陰極涂有催化劑一側(cè)接觸的不銹鋼墊片導(dǎo)出。

進(jìn)一步，厭氧陽極室內(nèi)啟動(dòng)階段的原料配比為，接種物：底物+ph緩沖液=1:9。

進(jìn)一步，接種底物為河底厭氧污泥或家庭污水。

進(jìn)一步，系統(tǒng)成功啟動(dòng)后，向系統(tǒng)陽極室進(jìn)料時(shí)只需添加消化底物，無需添加接種物。

進(jìn)一步，陰極室腔體上的產(chǎn)物導(dǎo)出口可連接小型蠕動(dòng)泵和h2o2提純系統(tǒng)，以提高h(yuǎn)2o2濃度，使制得的h2o2濃度符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明的有益效果是：利用微生物電化學(xué)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)工業(yè)方法進(jìn)行h2o2合成，減少了h2o2合成過程中的能耗及中間有害產(chǎn)物的排放；且能夠以工業(yè)廢水，城市污水等有機(jī)廢水作為消化底物，在進(jìn)行h2o2合成過程中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污染物處理的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的工作原理圖；

圖中：1-陽極腔室擋板；2-陽極腔室；3-陽離子交換膜；4-陰極腔室；5-陰極腔室擋板；6-陽極；7-陰極；8-陽極腔室進(jìn)料口；9-陰極腔室進(jìn)料口；10-陽極腔室出料口；11-陰極腔室出料口；12-外加直流電源；13-陽極導(dǎo)出口；14-陰極導(dǎo)出口；15-連接螺紋口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

實(shí)施例一：

一種用于合成過氧化氫的微生物電化學(xué)系統(tǒng)，按照組裝順序由左向右依次包括陽極腔室擋板1、陽極腔室2、陽離子交換膜3、陰極腔室4、陰極腔室擋板5；陽極腔室內(nèi)置有陽極6，陰極腔室內(nèi)置有陰極7，陽極通過石墨棒從陽極導(dǎo)出口13導(dǎo)出，陰極通過不銹鋼墊圈導(dǎo)出；陽極腔室上分別開有陽極腔室進(jìn)料口8、陽極腔室出料口10、陽極導(dǎo)出口13；陰極腔室上分別開有陰極腔室進(jìn)料口9、陰極腔室出料口11、陰極導(dǎo)出口14；連接螺紋口15通過螺栓連接陽極腔室擋板1與陰極腔室擋板5將整個(gè)裝置擠壓在一起，各部分間均需加有墊片保證系統(tǒng)密封性。

所述陽極材料為碳?xì)?；其陰極材料為防水碳布，且其一側(cè)涂有10%的鉑碳催化劑，另一側(cè)為涂有40%的ptfe溶液的空氣擴(kuò)散層。

作為優(yōu)選，所述陽極腔室擋板1、陽極腔室2、陰極腔室4、陰極腔室擋板5為有機(jī)玻璃材質(zhì)。

實(shí)施例二：

一種利用實(shí)施例一所述的微生物電化學(xué)系統(tǒng)合成過氧化氫的方法。

一種用于合成過氧化氫的微生物電化學(xué)系統(tǒng)的啟動(dòng)，厭氧陽極室加滿如下配比的物料，接種物：底物+ph緩沖液=1:9；好氧陰極室內(nèi)加滿ph緩沖液；陽極與陰極間外加0.5v電壓。

系統(tǒng)成功啟動(dòng)后，僅向陽極室內(nèi)供入消化底物，無需添加接種物。

作為優(yōu)選，陰極導(dǎo)出口14外加小型蠕動(dòng)泵和h2o2提純系統(tǒng)。

所述實(shí)施例二工作原理如下：陽極腔室2中的底物被附著在陽極6上的厭氧微生物消化，產(chǎn)生電子（e^-）和氫離子（h⁺），產(chǎn)生的e^-從微生物外膜傳至陽極6，積累在陽極6上的e^-通過外電路傳至陰極7；產(chǎn)生的h⁺通過陽離子交換膜3由陽極腔室2傳至陰極腔室4；在好氧陰極室內(nèi)，從外電路傳來的e^-，通過陽離子交換膜3傳來的h⁺，在陰極7表面發(fā)生h2o2合成反應(yīng)8h⁺+4o2+8e^-→4h2o2。

作為優(yōu)選，需加外加直流電源12，電壓選0.5v為宜。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。如若將陰極腔室擋板5更換成與陽極腔室擋板1相同的擋板，本發(fā)明還可用于乙酸、乙醇等化學(xué)品合成。

陰極導(dǎo)出口14僅在本系統(tǒng)用于乙酸、乙醇等其他化學(xué)品合成時(shí)有作用；在用于h2o2合成時(shí)需將陰極導(dǎo)出口14密封，通過在陰極外圈加不銹鋼片實(shí)現(xiàn)電流導(dǎo)出。