[發明專利]一種基于微生物燃料電池的光促生物合成H2

有效

• 申請號: 202110294076.X
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113061914B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 成亮;武雅婷;俞洋洋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C25B1/30
• 分類號: C25B1/30;H01M8/16;C02F9/14;C02F101/30
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 楊文晰

本申請提供一種基于微生物燃料電池的光促生物合成H₂O₂方法，其具體步驟為：1)向微生物燃料電池陽極室內填充陽極液，陰極室內填充陰極液，電池于陽光下運行并產生電流；2)待電流穩定后，去除陰極液；以濾膜將陰極室分隔為第一陰極室和第二陰極室，分別加入藻凝膠球和M9培養基，將電池至于陽光下，第二陰極室產生H₂O₂；本申請利用小球藻吸收陽級產生的二氧化碳，經光合作用產生的高純氧作為電子受體，提高了陰極溶氧量和電池的氧化還原性能，進而提高H₂O₂的產率；同時利用微藻自發的光合作用來實現陰極微生物燃料電池自維持產電，達到資源化的效果，是一種實現了污水處理和能源輸出的雙功能技術，具有良好的發展前景。

技術領域

本申請涉及水污染處理與能源回收領域，特別是一種基于微生物燃料電池的光促生物合成H₂O₂反應方法。

背景技術

H₂O₂被認為式最綠色的氧化劑之一，具有很強的氧化能力，廣泛應用于醫用、工業、環境污染治理等領域。H₂O₂目前主要通過蒽醌氧化過程生產，然而，由于H₂O₂運輸、儲存和處理存在著易爆的風險，開發新的過程以實現H₂O₂的分布式按需生產一直是研究者的目標。

電化學系統中，陰極通過選擇性的兩電子還原過程可以將氧分子換轉化為H₂O₂，在Fe²⁺等催化劑利用電化學原位還原產生的H₂O₂引發芬頓反應，實現難降解有機污染物的去除，是具有巨大應用潛力的污染物處理技術。但是，傳統電化學方法產H₂O₂的過程中，陽極反應一般為電解水，因此整個過程需要消耗大量電能，更難以在野外等缺乏外部供電的環境中應用，進而限制了H₂O₂合成裝置的應用。

微生物燃料電池是一種新的生物能源技術，能夠分解污水或環境中的有機質產生電能，并在陰極驅動氧還原、反硝化、重金屬還原等多類生物化學反應。有相關研究實現了微生物燃料電池產H₂O₂，進一步設計了電極/電化學體系，實現了利用微生物燃料電池陰極產H₂O₂的芬頓反應(如中國專利CN 107244658A)。但是，現有基于微生物燃料電池的H₂O₂原位合成和利用技術在雙室電解池中進行，由于陰極液溶解氧濃度較低，H₂O₂的產生速率較慢，一些報道采用曝氣技術以期增加陰極氧溶解濃度，但該方法增加的氧氣純度較差，對產H₂O₂影響較小。因此，如何有效為微生物燃料電池陰極供氧是需要解決的問題。同時，現有微生物燃料電池普遍存在輸出功率低、陽極反應電勢過大的問題，因此，如何在提高陰極效率的同時合理設計陽極體系，優化整體反應器效率，也是本領域另一個亟待解決的問題。

發明內容

為解決現有技術的不足，本申請提供一種基于微生物燃料電池的光促生物合成H₂O₂反方法，耦合微生物燃料電池與電芬頓系統，通過固定化綠藻的光合作用產氧促進微生物燃料電池陰極的溶解氧供給，提高電化學氧產生H₂O₂的效率。

為了實現上述目標，本申請采用如下的技術方案：

一種基于微生物燃料電池的光促生物合成H₂O₂方法，其具體步驟如下：

1)向微生物燃料電池陽極室內填充陽極液，陰極室內填充陰極液，微生物燃料電池開始運行并產生電流；