[发明专利]过氧化氢的制备

权利要求书

1.一种制备过氧化氢的方法，其包括步骤：提供具有阳极和阴极的生物电化学系统，向阳极供给包含有机物质或无机物质(或两者)的进料溶液，在阳极处氧化有机物质或无机物质，向生物电化学系统的阴极提供含水的流，在阴极处将氧还原为过氧化氢，以及从阴极回收包含过氧化氢的流。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述生物电化学系统包含与至少阳极室或阴极室相关的电化学活性微生物，以及向阳极室供给包含有机污染物和/或无机污染物的废水流，当所述电化学活性微生物氧化废水流中的有机污染物或无机污染物时，它们输送电子至阳极。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中向容纳阴极的阴极室供给包含氧的气体。

4.如权利要求3所述的方法，还包括从阴极室移除过剩的气体。

5.如上述权利要求任一项所述的方法，其中阴极是化学催化性的，并且消耗电子用于将氧还原为过氧化氢。

6.如上述权利要求任一项所述的方法，其中过氧化氢制备的总单元电势(阴极电势减去阳极电势)具有正值。

7.如上述权利要求任一项所述的方法，其中在阳极和阴极之间连接外部电源以向该系统施加外部电压从而提高电极反应的速率并提高过氧化氢的制备速率。

8.如上述权利要求任一项所述的方法，其中阴极包含对于由氧形成过氧化氢为催化性的导电性材料，所述导电性材料负载于集流体上，所述集流体对于过氧化氢的分解不是催化性的。

9.如上述权利要求任一项所述的方法，其中与阴极接触的含水的流包含过氧化氢稳定剂。

10.如上述权利要求任一项所述的方法，其中从阴极回收的包含过氧化氢的流具有0.01-30wt％、优选0.1-10wt％、更优选1-8wt％的过氧化氢浓度。

11.如上述权利要求任一项所述的方法，其中向阴极供给含水的流，该含水的流包含含氧或充气的含水的流。

12.如上述权利要求任一项所述的方法，其中阴极反应消耗质子或产生氢氧离子，使得阴极室的pH提高，并且分隔阳极室和阴极室的离子渗透膜包含阳离子交换膜，由此将阳离子从阳极输送到阴极从而补偿通过电路从阳极流向阴极的电子，其中在阴极室中形成氢氧化物材料和过氧化氢的混合物。

13.如权利要求12所述的方法，其中氢氧化钠与过氧化氢的比例为0.1∶1-10∶1，优选0.5∶1-5∶1，更优选1∶1-3∶1。

14.如权利要求12或权利要求13所述的方法，其中阳离子交换膜包含单价的离子选择性阳离子交换膜，所述单价的离子选择性阳离子交换膜抑制了多价的阳离子从阳极输送至阴极，从而最小化或抑制了阴极室中的结垢，并且也抑制了铁离子从阳极移向阴极。

15.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中分隔阳极室和阴极室的离子渗透膜包含阴离子交换膜，并且将阴离子从阴极输送至阳极从而补偿通过电路从阳极流向阴极的电子的负电荷，所述阴离子交换膜抑制了多价的阳离子从阳极输送至阴极，从而最小化或抑制了阴极室中的结垢，并且也阻止了铁离子从阳极移向阴极。

16.如上述权利要求任一项所述的方法，其中向阴极室提供水或含水的流，并且所述水或含水的流包含添加的盐离子或缓冲剂以获得最低水平的导电性。

17.如上述权利要求任一项所述的方法，其中在阴极通过添加酸至不形成氢过氧化物离子的水平来控制阴极室的pH。

18.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中分隔阳极室和阴极室的离子渗透膜包含双极性膜，所述双极性膜包含在阴离子交换层上的阳离子交换层，阴离子交换层朝向阳极室而阳离子交换层朝向阴极室，由此电流流动，水在离子交换层间扩散并且被分解为质子和氢氧离子，氢氧离子通过阴离子交换层迁移入阳极室，在阳极室中氢氧离子补偿了在阳极反应中质子的产生，而质子通过阳离子交换层迁移入阴极室，在阴极室中质子补偿了在阴极反应中氢氧离子的产生或质子的消耗，所述双极性膜抑制了多价的阳离子从阳极输送至阴极，从而最小化或抑制了阴极室中的结垢，并且也抑制了铁离子从阳极移向阴极。

19.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中离子渗透膜包含多孔膜。