[发明专利]一种可用于生产过氧化氢的装置及其应用

说明书

本发明公开了一种可用于生产过氧化氢的装置及其应用，属于氧化剂技术领域。本发明的装置可利用微藻光合作用为阴极反应提供O₂，实现过氧化氢的生产，无需外部曝气，节省了能耗，同时，此装置可以实现微藻油脂生产；利用本发明的装置进行过氧化氢生产8d，可使微藻生长室中微藻的油脂产率高达656mg/L·d，阴极室中H₂O₂的积累浓度为180mg/L，效果极佳，应用前景极广。

技术领域

本发明涉及一种可用于生产过氧化氢的装置及其应用，属于氧化剂技术领域。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)具有强氧化性，分解后只产生氧气和水，无二次污染，是一种理想的绿色氧化剂，在纺织、印染、纸浆漂白、食品消毒及化工合成等领域的应用日益广泛。仅2017年，我国H₂O₂(按27.5％计)的产量就高达到83万吨，同比增长5.48％。

目前，H₂O₂的生产方法主要包括异丙醇自动氧化法、氧阴极还原法、氢氧直接合成法和蒽醌法等，其中，蒽醌法是国内外工业生产H₂O₂的主要工艺。

但是，由于蒽醌法需先将α-烷基蒽醌溶于有机溶剂中，在催化剂作用下，通入氢气将烷基蒽醌还原为烷基氢蒽醌，然后再通入氧气将烷基氢蒽醌转化为烷基蒽醌，同时产生H₂O₂，最后，用水萃取溶剂中H₂O₂并经过净化和蒸馏处理，得到H₂O₂水溶液，具有生产步骤繁多且能耗较高的缺陷。

因此，近年来简洁、高效、低能耗的H₂O₂生产工艺的开发受到了越来越多的关注。

微生物电催化法是近年来发展起来的一种新型的H₂O₂生产方法，其具有步骤简单、能耗小、绿色环保等的优势，是一种极具发展潜力的H₂O₂生产工艺。此方法主要涉及一种由阳极、阴极、分隔膜和恒压电源组成的微生物电化学系统，其中，阳极表面富集电活性微生物，降解底物产生电子，电子在外部电压的作用通过外电路到达阴极表面与O₂发生2电子途径的还原反应产生H₂O₂(式(1)或(2))，

O₂+2H₂O+2e^-→H₂O₂+2OH^- (1)，

O₂+H₂O+2e^-→HO₂^-+OH^- (2)。

而利用此系统生产H₂O₂时，阴极O₂的获得主要有两种方法：一种是采用气体扩散阴极，利用空气中O₂作为阴极电子受体，这种方法的缺点是空气中O₂分压小，O₂向阴极三相反应界面的扩散缓慢，严重限制H₂O₂的生成；另一种是在阴极室进行持续曝气，这种方法一般需要较大的O₂或空气流量来保证足够的溶解氧(DO)浓度，需要额外的高能耗，进而增加过氧化氢的生产成本(曝气的成本一般为15元/m³·d)。

因此，微生物电催化法在H₂O₂生产方面的应用存在着较大阻碍。

发明内容

[技术问题]