[发明专利]一种基于微生物燃料电池的光促生物合成H2

说明书

本申请提供一种基于微生物燃料电池的光促生物合成H₂O₂方法，其具体步骤为：1)向微生物燃料电池阳极室内填充阳极液，阴极室内填充阴极液，电池于阳光下运行并产生电流；2)待电流稳定后，去除阴极液；以滤膜将阴极室分隔为第一阴极室和第二阴极室，分别加入藻凝胶球和M9培养基，将电池至于阳光下，第二阴极室产生H₂O₂；本申请利用小球藻吸收阳级产生的二氧化碳，经光合作用产生的高纯氧作为电子受体，提高了阴极溶氧量和电池的氧化还原性能，进而提高H₂O₂的产率；同时利用微藻自发的光合作用来实现阴极微生物燃料电池自维持产电，达到资源化的效果，是一种实现了污水处理和能源输出的双功能技术，具有良好的发展前景。

技术领域

本申请涉及水污染处理与能源回收领域，特别是一种基于微生物燃料电池的光促生物合成H₂O₂反应方法。

背景技术

H₂O₂被认为式最绿色的氧化剂之一，具有很强的氧化能力，广泛应用于医用、工业、环境污染治理等领域。H₂O₂目前主要通过蒽醌氧化过程生产，然而，由于H₂O₂运输、储存和处理存在着易爆的风险，开发新的过程以实现H₂O₂的分布式按需生产一直是研究者的目标。

电化学系统中，阴极通过选择性的两电子还原过程可以将氧分子换转化为H₂O₂，在Fe²⁺等催化剂利用电化学原位还原产生的H₂O₂引发芬顿反应，实现难降解有机污染物的去除，是具有巨大应用潜力的污染物处理技术。但是，传统电化学方法产H₂O₂的过程中，阳极反应一般为电解水，因此整个过程需要消耗大量电能，更难以在野外等缺乏外部供电的环境中应用，进而限制了H₂O₂合成装置的应用。

微生物燃料电池是一种新的生物能源技术，能够分解污水或环境中的有机质产生电能，并在阴极驱动氧还原、反硝化、重金属还原等多类生物化学反应。有相关研究实现了微生物燃料电池产H₂O₂，进一步设计了电极/电化学体系，实现了利用微生物燃料电池阴极产H₂O₂的芬顿反应(如中国专利CN 107244658A)。但是，现有基于微生物燃料电池的H₂O₂原位合成和利用技术在双室电解池中进行，由于阴极液溶解氧浓度较低，H₂O₂的产生速率较慢，一些报道采用曝气技术以期增加阴极氧溶解浓度，但该方法增加的氧气纯度较差，对产H₂O₂影响较小。因此，如何有效为微生物燃料电池阴极供氧是需要解决的问题。同时，现有微生物燃料电池普遍存在输出功率低、阳极反应电势过大的问题，因此，如何在提高阴极效率的同时合理设计阳极体系，优化整体反应器效率，也是本领域另一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本申请提供一种基于微生物燃料电池的光促生物合成H₂O₂反方法，耦合微生物燃料电池与电芬顿系统，通过固定化绿藻的光合作用产氧促进微生物燃料电池阴极的溶解氧供给，提高电化学氧产生H₂O₂的效率。

为了实现上述目标，本申请采用如下的技术方案：

一种基于微生物燃料电池的光促生物合成H₂O₂方法，其具体步骤如下：

1)向微生物燃料电池阳极室内填充阳极液，阴极室内填充阴极液，微生物燃料电池开始运行并产生电流；