发明领域

本发明主要涉及用于介导式电化学氧化(MEO)分解生物废物的方 法和设备，其中所述生物废物包括医用废物、传染性废物、病原性废 物、动物废物、卫生废物、尸体废物、军用船只废物(潜水艇或水面船 只)、商用船只废物(巡游船、油轮、货船、渔船、娱乐艇和游艇)、兽 医废物、医药废物以及组合废物(例如前述几种废物相互之间任意混合 或与其它非生物废物的混合物)，但不局限于此，下文统称其为生物废 物。将下列文献附加到所述定义中，从而进一步澄清生物废物的范围 和定义，即如下法令和法规所涉及的任何废物，但不局限于此：

*新泽西州法令，“综合控制医用废物管理法案(Comprehensive Regulatory Medical Waste Management Act”，P.L.1989，c 34(C.13.1E-48.13)

*纽约州环境保护法第十五条(New York State Environmental Conservation Law，TITLE 15)，“规定医用废物的贮存、处理、处 置和运输”(“STORAGE，TREATMENT，DISPOSAL AND TRANSPORTATION OF REGULATED MEDICAL WASTE”)，第27-1501节，定义(Section 27-1501.Definitions)。

*纽约州公共卫生法第XIII条(New York State Public Health Law，TITLE XIII)，“规定医用废物的贮存、处理和处置”(“STORAGE， TREATMENT AND DISPOSAL OF REGULATED MEDICAL WASTE”)第1389-aa. 节，定义(Section 1389-aa.Definitions)。

*加利福尼亚州卫生与安全规范，第117635节(CALIFORNIA HEALTH AND SAFETY CODE，SECTION 117635.)，“生物有害废物”， 第25款，公共医疗卫生服务，第I部分(“Biohazardous Waste” Title 25 Health Service，Part I.)。

*德克萨斯州卫生部，德克萨斯州卫生委员会第一章(Texas Department of Health，Chapter 1 Texas Board of Health)，“与 卫生有关的公用设施的具体废物的定义、处理和处置”(Definition， Treatment，and Disposition of Special Waste from Health Care-Related Facilities”)，第1.132节，定义(Section 1.132 Definitions.)。

*40 C.F.R.60.51(c)环境保护(PROTECTION OF ENVIRONMENT)； 新固定源的性能标准(Standards of performance for new stationary sources)。

*40 C.F.R.240.101环境保护(PROTECTION OF ENVIRONMENT)； 固体废物热处理指南(仅第P节)(Guidelines for the thermal processing of solid wastes(Section P only))。

*49 C.F.R.173.134运输(TRANSPORTATION)；第6类，第6.2 节-定义，例外和包装组分配(Class 6，Division 6.2-Definitions， Exceptions and packing group assignments.)。

*33 C.F.R.151.05第33？？款(TITLE33？？)航海和适于航海的水 域；运油船、有害的液体物质、垃圾、城市或工业废物及压舱水；定 义(仅医用废物部分)(NAVIGATION AND NAVIGABLE WATERS；VESSELS CARRYING OIL，NOXIOUS LIQUID SUBSTANCES，GARBAGE，MUNICIPAL OR COMMERCIAL WASTE，AND BALLAST WATER？；Definitions(medical waste only)。

对今天的科技领域来说生物废物是一个相对较新的课题。这些废 物的定义已经扩展到覆盖那些必须按控制方式处理的废物。前面所列 的各州的法令和美国联邦法规是重叠的，由于没有哪个法令或法规单 独覆盖了本发明应用的所有材料，因此必须准确定义这些材料。

                        发明背景

在美国处置生物废物的花费是每年几十亿美元的工业。所需要设 备的基建投资为几亿美元。产生和处置这类废物的所有机构和商家必 须提供安全有效且费用低廉的废物处理。近些年来，对生物废物处理 的关注日益增强。处理这类废物的两种基本方法为焚烧和垃圾填埋。 因此仍需要改进的生物废物处理方法。

                        发明概述

本发明涉及用于废物如生物材料的介导式电化学氧化(MEO)的方 法和设备，本发明特别应用于生物废物，但不局限于生物废物，其中 所述生物废物包括医用废物、传染性废物、病原性废物、动物废物、 卫生废物、尸体废物、军用船只废物(潜水艇和水面船只)、商用船只 废物(巡游船、油轮、货船、渔船、娱乐艇和游艇)、兽医废物、医药 废物以及组合废物(例如前述几种废物相互之间任意混合或与其它非 生物废物的混合物)，下文统称为生物废物。

介导式电化学氧化方法包括含有一种或多种氧化还原偶的电解 液，其中至少一种氧化还原偶的氧化形式在电化学电池的阳极由阳极 氧化产生。所存在的任何其它氧化还原偶的氧化形式通过类似的阳极 氧化产生，或者通过与所存在的能够实现所要求的氧化还原反应的其 它氧化还原偶的氧化形式反应而产生。所述氧化还原偶的氧化形式氧 化生物废物分子，而其自身被转化成为其还原形式，然后通过上述任 一机理将它们重新氧化，从而继续氧化还原循环直到所有的可氧化废 物形式，包括中间反应产物，均已经达到所希望的氧化程度。因此氧 化还原类离子被看成是从废物分子向阳极输送电子(即废物氧化)的 “媒介物”。

电化学电池中的膜(例如微孔塑料、烧结玻璃料、多孔陶瓷等)将 阳极电解液和阴极电解液分离，因而阻止在阴极的氧化物质的寄生性 还原。优选的MEO方法应用表I所述的媒介物质(简单阴离子氧化还原 偶媒介物)；由Mo、W、V、Nb和Ta及其混合物所形成的第I类同多阴 离子(IPA)；通过将表II所列的任何元素(杂原子)单独或者组合引入 到上述同多阴离子中而形成的第I类杂多阴离子(HPA)；含有表I和表 II中所含的至少一种杂多原子(即元素)的任何杂多阴离子；或任何或 所有这些类媒介物质的组合。

                简单阴离子氧化还原偶媒介物

表I给出了在优选的MEO方法中应用的简单阴离子氧化还原偶媒 介物，其中“物质”定义了可以用于MEO方法的每种化学元素的具体 离子，其中每种化学元素可以以媒介物特征元素(例如Fe)的还原形式 (例如Fe+3)或氧化形式(例如FeO4 -2)应用，并且“具体氧化还原偶” 定义了MEO方法所要求的这些物质的还原和氧化形式之间的具体关联 (例如Fe+2/FeO4 -2)。在阳极电解液中可溶的物质在表I中以正常字体表 示，而那些不溶性物质以斜体字表示。本专利中所要求的MEO方法的 特征将在下文具体给出。

阳极电解液含有一种或多种氧化还原偶，该氧化还原偶为其氧化 形式，由单个多价元素的阴离子(例如Ag+2、Ce+4、Co+3、Pb+4等)、多价 元素的不溶性氧化物(例如PbO2、CeO2、PrO2等)、或多价元素的简单 含氧阴离子(例如FeO4 -2、NiO4 -2、BiO3 -等)组成，这些物质被称为媒介 物质。媒介物的非氧多价元素组分被称为媒介物质的特征元素。我们 已经选择将简单的含氧阴离子归组于简单阴离子氧化还原偶媒介物， 而不是归组于下一节中将讨论的复杂(即多氧金属酸盐 (polyoxometallate)(POM))阴离子氧化还原偶媒介物，并且将它们统 称为简单阴离子氧化还原偶媒介物。

在本方法的一种实施方案中，氧化还原偶的氧化形式和还原形式 在阳极电解液中都是可溶的。所述偶的还原形式在电池阳极处被阳极 氧化成为其氧化形式，然后所述氧化形式氧化溶于阳极电解液中或位 于被阳极电解液润湿的废物颗粒表面上的废物分子，并伴随着将氧化 剂还原成其还原形式，然后随着在电池的阳极对该物质重新氧化而使 MEO方法重新开始。如果存在这一类型的其它不太强的氧化还原偶(即 可溶于阳极电解液中的还原形式和氧化形式)，它们也可能进行直接的 阳极氧化，或者阳极氧化的更强的氧化剂可以氧化它们而不是氧化废 物分子。选择较弱的氧化还原偶从而使它们的氧化电位足以实现所希 望的与废物分子的反应。所有氧化还原偶的氧化形式均氧化生物废物 分子，而它们自身转化成它们的还原形式，然后它们按上述任一机理 被重新氧化，从而继续氧化还原循环直到所有的可氧化废物，包括中 间反应产物，均达到所希望的氧化程度。

如前一节中所描述的MEO方法的优选模式是针对其氧化形式和还 原形式在阳极电解液中均是可溶的氧化还原偶物质；但这并不是这里 所要求的操作的唯一模式。如果氧化还原偶的还原形式在阳极电解液 中是可溶的(例如Pb+2)，但其氧化形式不可溶(例如PbO2)，则如下方 法是可行的。不溶性氧化剂在阳极上通过阳极氧化作为表面层产生， 或者在整个阳极电解液的主体中通过与所存在的能够实现所要求的氧 化还原反应的其它氧化还原偶的氧化形式反应而产生，并且其中所述 其它氧化还原偶至少一种通过阳极氧化形成。可氧化的废物溶于阳极 电解液中，或者以细小粒度分散于阳极电解液中(例如乳液、胶体等)， 从而实现与不溶性氧化剂(例如PbO2)颗粒表面密切接触。在废物与氧 化试颗粒反应后，废物被氧化，而在与废物反应的位于氧化剂颗粒被 阳极电解液润湿的表面上不溶性氧化剂分子被还原成其可溶性形式， 并返回至主体阳极电解液中，并可通过被重新氧化而继续进行MEO过 程。

在MEO方法的另一种形式中，如果氧化还原偶的还原形式在阳极 电解液中是不可溶的(例如TiO2)，但其氧化形式是可溶的(例如 TiO2 +2)，则如下方法是可行的。氧化还原偶的可溶形式(即氧化形式) 通过在氧化剂颗粒的阳极电解液润湿表面上不溶性(即还原形式)的氧 化还原偶分子与所存在的能够实现所要求的氧化还原反应的其它氧化 还原偶的可溶性氧化形式反应而产生，其中所述其它氧化还原偶至少 一种通过阳极氧化形成，并且其还原形式和氧化形式在阳极电解液中 都是可溶的。如此形成的可溶性氧化物质被释放入阳极电解液中，然 后它们按前述方式氧化废物分子，而它们自身则转化成氧化还原偶的 不可溶形式，然后返回到氧化还原MEO循环的起点。

在该要求中所应用的电解液来自于酸、碱和中性盐水溶液(例如硫 酸、氢氧化钾、硫酸钠水溶液等)。

给定的氧化还原偶或氧化还原偶混合物(即媒介物质)将与不同的 电解液一起应用。

基于已经证实的化合物的足够溶解度来选择电解质组合物，其中 所述化合物含有至少一种以还原形式存在的媒介物质(例如硫酸将与 硫酸铁一起应用等)。

在阳极电解液中含媒介物质的化合物的浓度为0.0005摩尔(M)至 饱和点。

在阳极电解液中电解质的浓度将由其对含媒介物质的化合物的溶 解度的影响控制，并且对于所应用的给定媒介物质来说，该浓度由电 化学电池中所希望的阳极电解溶液的电导率控制。在阴极电解液中电 解质的浓度将由其对电化学电池中所希望的阴极电解溶液的电导率的 影响控制。

电化学电池的操作温度范围将为约0℃至稍低于电解溶液的沸点。 通过应用简单和/或复杂的氧化还原偶媒介物，并用氧化物质侵蚀具体 有机分子，同时在低温下操作，从而阻止形成二噁类化合物和呋喃。

MEO方法在大气压下操作。

基于媒介物质是否能够与电解质反应产生自由基(例如O2H(过羟基 (perhydroxyl)、OH(羟基)、SO4(硫酸根)、NO3(硝酸根)等)来区别媒 介物质。这种媒介物质在这里被划分为“超氧化剂”(SO)，并且通常 显示出至少与Ce+3/Ce+4氧化还原偶相等的氧化电位(即在1摩尔、25 ℃和pH值为1时为1.7伏)。

电化学电池中电极间的电位以在阳极电解液中存在的、并用作媒 介物质的最具反应性的氧化还原偶的氧化电位及电池内的电阻降为基 础。在某些电解质组合物的情况下，在直流电压上施加低水平的交流 电压，从而延迟在电极上形成抑制电池性能的表面膜。在所讨论的电 流密度范围内，电位将约为2.5到3.0伏。

              复杂阴离子氧化还原偶媒介物

在MEO方法中氧化物质的优选特征在于其氧化形式和还原形式在 含水阳极电解液中都是可溶的。大部分金属氧化物或含氧阴离子的盐 都是不可溶的，或者具有很难定义或限定的溶液化学。但过渡元素的 前几个元素能够自发地形成一类离散的聚合结构，该结构称为多氧金 属酸盐(POM)，其在很宽的pH范围内在水溶液中都是极易溶的。这里 所讨论的简单四面体含氧阴离子的聚合包括金属M扩张到配位数为6， 以及MO6八面体结构的边和角的连接。铬局限于配位数为4，限制了基 于CrO4四面体的POM为重铬酸盐离子[Cr2O7]-2，其包括在表I中。以 其化学组成为基础，POM被分为两个亚类，即同多阴离子(IPA)和杂多 阴离子(HPA)，由如下通式表示：

同多阴离子(IPA)-[MmOy]p-及

杂多阴离子(HPA)-[XxMmOy]q-(m＞x)

其中附加原子M通常为钼(Mo)或钨(W)，以及不太常用的钒(V)、 铌(Nb)或钽(Ta)或这些元素以最高(d0)氧化态存在的混合物。在IPA 和HPA中可以用作附加原子的元素似乎局限于那些具有有利的离子半 径和电荷组合、并能形成d-p M-O键的元素。但对杂原子X没有这种 限制，其可以为表II所列的任何元素。

有大量的POM化学，其包括表II所列的具有多种氧化状态的附加 原子和杂原子的氧化/还原反应。在有些POM结构(即IPA和HPA)中， 附加原子M的部分还原产生具有强烈颜色的物质，通常被称为“杂多 蓝”。基于结构的不同，POM可以被分为两组即第I类和第II类。第 I类POM含有MO6八面体结构，每个八面体结构具有一个终端氧氧原子， 而第II类具有两个终端氧氧原子。第II类POM可能只包括带有d0电 子结构的附加原子，而第I类，如Keggin(XM12O40)、Dawson(X2M18O62)、 六金属酸盐(hexametalate)(M6O19)、十钨酸盐(decatungstate)(W10O32) 等可以包括带有d0、d1、和d2电子结构的附加原子。因此，虽然第I 类结构可能很容易进行可逆的氧化还原反应，但由于结构限制排除了 第II类结构的这种能力。因此MEO方法可应用的氧化物质为第I类 POM(即IPA和HPA)，其中附加原子M为W、Mo、V、Nb、Ta或其组合。

多阴离子的高负电荷经常使杂原子稳定在不常见的高氧化态下， 因而产生了除前述第I类POM外的第二类MEO氧化剂。含有表II所列 的任何杂原子元素X的任何第I类或第II类HPA也在表I中作为简单 阴离子氧化还原偶媒介物列出，并且其也可以在MEO方法中用作氧化 物质。

阳极电解液含有一种或多种复杂阴离子氧化还原偶，其中每一种 由上述的含有W、Mo、V、Nb、Ta或其组合作为附加原子的第I类POM 组成，或者由具有杂原子(X)的HPA组成，其中所述杂原子为表I和 II中所含的任何元素，并且这些阴离子氧化还原偶在电解液(例如硫 酸等)中是可溶的。

在本要求中所应用的电解液来自于酸、碱和中性盐水溶液(例如硫 酸、氢氧化钾、硫酸钠水溶液等)。

给定的POM氧化还原偶或POM氧化还原偶的混合物(即媒介物质) 将与不同的电解液一起应用。

以至少一种证实具有足够溶解度的化合物为基础选择电解质组合 物，其中所述化合物含有为还原形式的POM媒介物质，并且为具有足 够的氧化电位从而实现所存在的其它媒介物质的氧化的氧化还原偶的 一部分。

在阳极电解液中含POM媒介物质的化合物的浓度为0.0005M至饱 和点。

在阳极电解液中电解质的浓度将由其对含POM媒介物质的化合物 的溶解度的影响而控制，并且对于所应用的给定POM媒介物质来说， 该浓度由电化学电池中所希望的阳极电解溶液的电导率控制，从而在 所希望的电池电压下得到所希望的电池电流。

电化学电池的操作温度范围将为约0℃至刚好低于电解溶液的沸 点。

MEO方法在大气压下操作。

基于POM媒介物质是否能够与电解质反应产生自由基(例如O2H、 OH、SO4、NO3等)来区分POM媒介物质。这类媒介物质在这里划分为“超 氧化剂”(SO)，并且其通常显示出至少与Ce+3/Ce+4氧化还原偶相等的 氧化电位(即在1摩尔、25℃和pH值为1时为1.7伏)。

电化学电池中电极间的电位以在阳极电解液中存在的、并且作为 媒介物质的最具反应性的POM氧化还原偶的氧化电位及电池内的电阻 降为基础。在所讨论的电流密度范围内，电位将约为2.5到3.0伏。

混合的简单和复杂阴离子氧化还原偶媒介物

用于组合的简单和复杂阴离子氧化还原偶媒介物的优选MEO方法 可以为将它们混合在一起从而形成系统的阳极电解液。所形成的MEO 方法的特征与前面所讨论的类似。

在MEO方法中应用多种氧化剂物质具有如下潜在的优点：

如果阳极氧化媒介物“A”、氧化媒介物“B”和氧化后媒介物 “B”氧化生物废物的反应动力学足够快，致使三步反应链的组合速 度快于阳极氧化媒介物“A”或“B”和氧化后媒介物“A”或“B” 氧化生物废物的两步反应链，则废物分解的总体速率将会提高。

如果媒介物“B”的费用充分低于媒介物“A”的费用，则应用 上述三步反应链将会由于与需要较小库存体积和较少的更贵媒介物 “A”的过程损失相关的费用降低而致使废物分解费用的降低。这种 情况的一个例子是应用银(II)-过氧硫酸盐媒介物系统，从而减少了与 银相关的费用，并克服了当只有过氧硫酸盐时MEO方法较慢的氧化动 力学。

当应用多种媒介物时，MEO方法对在生物废物中所存在的分子键类 型的变化不敏感，每一种媒介物选择性侵蚀不同类型的化学键，从而 形成高度“非选择性”的氧化系统。

                 阳极电解液的附加特征

在本发明的MEO方法的一种优选实施方案中，在阳极电解液水溶 液中存在有一种或多种简单阴离子氧化还原偶媒介物。在MEO方法的 一种优选实施方案中，在阳极电解液水溶液中存在有一种或多种复杂 阴离子(即POM)氧化还原偶媒介物。在MEO方法的另一种优选实施方 案中，在阳极电解液水溶液中存在有一种或多种简单阴离子氧化还原 偶和一种或多种复杂阴离子氧化还原偶。

本发明的MEO方法应用表I所列的任何氧化剂物质，这些氧化剂 物质在要分解的废物中被原位发现；例如，当生物废物还含有铅化合 物时，该化合物在MEO方法的条件下在阳极电解液中变成Pb+2离子源， 则废物-阳极电解液混合物将通过电化学电池循环。可逆的铅氧化还原 偶的氧化形式将通过在电化学电池内的阳极氧化形成，或者另外通过 与一种更强的氧化还原偶的氧化形式反应形成，如果更强的氧化还原 偶存在于阳极电解液中，则其在电化学电池中被阳极氧化。因此铅的 准确功能是用作简单阴离子氧化还原偶物质，从而分解有机废物组分 而只留下铅被处理。加入本专利中所描述的一种或多种任意阴离子氧 化还原偶媒介物将会进一步强化上述MEO方法。

在本发明的MEO方法中，根据具体媒介物的温度和溶解度，电解 质水溶液的阳极电解液部分中的阴离子氧化还原偶媒介物将会应用酸 性、中性或碱性溶液。在基本MEO方法中所应用的阴离子氧化剂优选 侵蚀具体有机分子。羟基自由基优先侵蚀含芳环和不饱和碳-碳键的有 机分子。氧化产物如极不希望的芳类化合物氯酚或四氯二苯二噁英(二 噁类化合物)在形成后将优先被羟基自由基所侵蚀，从而阻止这些化合 物的任何有意义的量的累积。甚至其氧化电位低于羟基自由基的自由 基也优先侵蚀碳-卤素键，如那些在四氯化碳和多氯联苯(PCB)中的碳- 卤素键。

部分氧化还原偶具有至少与Ce+3/Ce+4氧化还原偶相等的氧化电位 (即1.7伏)，并且有时需要加热至约50℃以上(但低于电解液的沸点)， 这样才能引发二次氧化过程，在所述的二次氧化过程中，媒介物离子 以其氧化形式与含水阳极电解液相互作用，产生二次氧化剂自由基(例 如O2H、OH、SO4、NO3等)或过氧化氢。在本发明中这类媒介物质在这里 被划分为“超氧化剂”(SO)，从而使其与不能引发该二次氧化过程的 “基本氧化剂”区分开来。

在本专利中所提到的氧化剂物质(即原子序数低于90的特征元素) 在表I中有述(简单阴离子氧化还原偶媒介物)：由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物作为附加原子而形成的第I类IPA；向上述IPA中单独或 组合引入表II中所列的任何元素(杂原子)而形成的第I类HPA；或含 有至少一种表I和表II中所含的杂原子类(即元素)的任何HPA；或任 何或所有这些类的媒介物质。

每种氧化剂阴离子元素具有正常价态(NVS)(即氧化还原偶的还原 形式)和较高价态(HVS)(即氧化还原偶的氧化形式)，而所述的较高价 态是当其通过电化学电池时通过从NVS物质中剥离电子而产生的。本 发明的MEO方法应用了很宽范围内的阴离子氧化剂；在基本MEO方法 中所应用的这些阴离子氧化剂可以在优选实施方案中在不改变设备的 情况下交换。

在MEO方法的优选实施方案中，通过引入添加剂如碲酸根或高碘 酸根离子而调整基本MEO方法，这些添加剂通过形成更稳定的复合物 (例如[Cu(IO6)2]-7、[Cu(HTeO6)2]-7)而克服在阳极电解液中部分氧化还 原偶(例如Cu+3)的氧化形式的寿命短。当它们为简单阴离子氧化还原 偶媒介物的氧化形式时(参见表I)，碲酸根和高碘酸根离子也可以直 接参加到MEO方法中，并且它们将按照前面针对这类氧化剂所描述的 相同方式参加生物废物氧化。

                       碱性电解质

在一种优选实施方案中，通过应用碱性电解液可以实现基本MEO 方法的费用降低，所述碱性电解液如含有媒介物质的NaOH或KOH水溶 液，但不局限于此，其中所述媒介物氧化还原偶的还原形式在所述电 解质中具有足够的溶解度，从而可以使所希望的生物废物氧化以实用 的速率进行。产生氢离子的氧化还原反应(即媒介物质和生物废物分子 的反应)的氧化电位与电解液的pH值成反比，因此在适当选择氧化还 原偶媒介物的情况下，通过提高电解液的pH值，有可能使实现所希望 的氧化过程所要求的电位最小化，从而减少分解单位质量生物废物所 消耗的电力。

当应用碱性阳极电解液(例如NaOH、KOH等)时，可以由脂肪酸皂 化(即碱促进的酯水解)形成脂肪酸的水溶性金属盐(即肥皂)和甘油的 过程，即类似于通过向热碱水溶液中引入动物脂肪而生产肥皂的过程 获益。

在本发明中，当应用碱性阳极电解液时，由生物废物氧化而产生 的CO2与阳极电解液反应，从而形成碱金属碳酸氢盐/碳酸盐。碳酸氢 盐/碳酸盐离子在阳极电解液内循环，其中它们被可逆地氧化成为过碳 酸盐离子，这一氧化过程通过在电化学电池内的阳极氧化实现，或者 另外通过与更强的氧化还原偶媒介物的氧化形式反应而实现，前提是 更强的氧化还原偶媒介物存在于阳极电解液中。因此碳酸盐的确切功 能是用作简单阴离子氧化还原偶媒介物，从而由废物氧化产物产生能 够分解更多生物废物的氧化物质。

                   附加的MEO电解液特征

在本发明的一种优选实施方案中，阴极电解液和阳极电解液是被 膜分离的离散实体，因此并不限制它们具有任何相同的特性，如电解 液浓度、组成或pH值(即酸性、碱性或中性)。本方法在约0℃至稍低 于生物废物分解过程中所应用电解液沸点的温度范围内操作。

                被紫外线/超声波能强化的MEO方法

已经公知的是紫外线(UV)辐射可以促进过氧化氢分解成羟基自由 基。因此应用本发明的MEO方法所达到的生物废物的分解速率将会由 于反应室阳极电解液受UV辐射而提高，从而促进形成更多的羟基自由 基。在一种优选实施方案中，利用在阳极电解液室内部或与之相邻的 UV源而向阳极电解液室中引入UV辐射。所述UV辐射将过氧化氢分解 成为羟基自由基，而所述过氧化氢通过媒介物氧化还原偶的氧化形式 产生的二次氧化剂产生。其结果是提高了MEO过程效率，这是因为在 过氧化氢生成过程中所消耗的能量通过在阳极电解液室中氧化生物材 料而得到回收。

另外，在一种优选实施方案中，可以将超声波能用于阳极电解液 室中，从而使细胞膜破裂，并使生物材料在阳极电解液内分散。超声波 能在细胞壁内被吸收，并使紧临细胞壁的局部温度升高至几千度以上， 致使细胞壁破裂。这明显提高了MEO氧化剂物质的氧化效率以及MEO 方法的总效率。在另一种实施方案中，向阳极电解液室中引入超声波 能。由快速振荡的压力波所形成的微观气泡内爆产生冲击波，其中所 述压力波由音频嗽叭发出，而所述冲击波能够在阳极电解液内产生寿 命极短的局部条件：4800℃和1000大气压。在这种条件下水分子分解 成为氢原子和羟基。在冷却这种局部的热峰后，羟基将与生物废物发 生上述反应，或者相互之间组合形成其它过氧化氢，然后这种过氧化氢 自身将氧化更多的生物废物。

在另一种优选实施方案中，通过使阳极电解液中存在的各二次相 实体(即生物废物)的尺寸减小，从而加大被阳极电解液润湿的总的废 物表面积、以及单位时间内氧化的废物的量，进而提高不溶于阳极电 解液的生物废物的分解速率。通过加入合适的表面活性剂或乳化剂可 以在含水阳极电解液内以极细小的粒度分散不可混溶的液体。剧烈的 机械搅拌也可用于实现所希望的在阳极电解液中分散的各二次相废物 体积尺寸的减小，所述剧烈机械搅拌如用胶体磨或由上述超声波能诱 导的微观气泡内爆所实现的微观混合。大部分基于棉织物的废物将由 半刚性固体转化成液相，从而可以应用上述多种细胞分解方法进行处 理。这些方法的例子为应用各种转子-定子高速搅拌器和超声波设备 (即近距离声波定位器)进行的机械剪切，其中上述内爆产生的冲击波 及增强至4800℃的温度峰撕碎细胞壁。在整个阳极电解液中分配细胞 原生质立即使实际废物质量和体积均减少，这是因为约67％的原生质 是普通的水，其不需要进一步处理而简单地变为含水阳极电解液的一 部分。如果直接由生物废物所释放和/或作为含氢废物氧化的反应产物 而形成的水量使阳极电解液稀释到不可接受的水平，则通过在任选的 蒸发室中简单地升温和/或降压即可脱除所要求的水量，从而可以很容 易地重新形成阳极电解液。原生质的可溶性组分迅速以分子规模分散 在整个阳极电解液中，而不可溶组分则应用前述任一分散方法以极细 小的二次相分散在整个阳极电解液中，从而明显增加废物与阳极电解 液的界面接触面积至完整细胞结构所能达到的值以上，并因此增加了 生物废物的分解速率和MEO的效率。

                 利用自由基增强的MEO方法

在本发明中应用的氧化方法的原理是其中自由基(如O2H、OH、SO4、 NO3)分裂并氧化有机化合物从而持续形成更短的链状烃化合物。在随 后的反应过程中，所形成的中间化合物很容易被氧化成二氧化碳和水。

在本发明的各种MEO方法中在水溶液中将产生无机自由基。所述 自由基来自于碳酸盐、重氮化物、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐、亚磷 酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐、亚硒酸盐、硫氰酸盐、氯化物、溴化物、 碘化物和甲酸盐离子。应用基本的MEO方法将产生有机自由基如硫氢 基。当在本发明中将MEO方法应用于生物材料时，它们将生物废物材 料分解成有机化合物，并且用简单和/或复杂阴离子氧化还原偶媒介物 或无机自由基侵蚀有机化合物而产生有机自由基。所述无机自由基产 生有机自由基，而有机自由基将有利于氧化过程并提高MEO过程效率。

                 用于刀片的MEO方法

用于本发明的MEO方法的一种优选实施方案产生过溴酸盐离子， 其作为氧化媒介物质将用于分解不锈钢产品例如刀片，该不锈钢产品 包括注射器针头、解剖刀和缝合针，但不局限于此。

                          概述

本发明的这些和进一步的以及其它目的和特征在本说明书中将会 很明显，其包括上述及下面的说明书、权利要求和附图。

                    附图的简要描述

图1的MEO设备图示意性地表示了分解生物废物材料的系统。图1 是本发明总体实施方案的一个代表(应该理解的是并不是这里所给出 的所有组件在所有情况下都必须应用)。

图2的MEO控制器示意性表示了MEO电和电子系统。图2是本发 明控制器的总体实施方案的一个代表(应该理解的是并不是这里所给 出的所有组件在所有情况下都必须应用)。

图3的MEO系统是一种优选实施方案的示意图。

图4的MEO操作过程示意性给出了在MEO设备中所应用的方法的 概述步骤(应该理解的是并不是这里所给出的所有组件在所有情况下 都必须应用)。

                优选实施方案的详细描述

MEO化学

在本专利中所描述的介导式电化学氧化(MEO)方法的化学应用表I 所描述的氧化剂物质(即原子序数低于90的特征元素)(简单阴离子氧 化还原偶媒介物)；由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物作为附加原子而 形成的第I类IPA；向上述IPA中单独或组合引入表II中所列的任何 元素(杂原子)而形成的第I类HPA；或含有至少一种表I和表II中所 含的杂原子类(即元素)的任何HPA；或任何或所有这些类媒介物质的 组合。由于阳极电解液和阴极电解液是完全分离的实体，对这两个系 统来说不必含有相同电解液。每种电解液可以独立于另一种电解液， 并且由酸、碱或中性盐的水溶液组成，其中所述酸通常为硝酸、硫酸 或磷酸，但不局限于此，所述碱通常为氢氧化钠或钾，但不局限于此， 所述中性盐通常为上述强无机酸的钠或钾盐，但不局限于此。

该MEO设备的独特之处在于其可以通过用所选择的媒介物/电解液 系统进行简单的排放、冲洗和重新注入而使之适应于多种媒介物离子 和电解液的选择。

针对在描述各种媒介物离子时的冗余和简化，仅详细讨论了铁和 硝酸的组合。但应该理解的是下面讨论的在硝酸(HNO3)中的三价铁/高 铁酸盐(Fe+3)/(FeO4 -2)氧化还原偶反应也适用于上述所有氧化剂物质 以及在本节开头时所描述的电解液。另外，下面讨论的高铁酸盐离子 与含水电解液相互作用以产生上述自由基也适用于前述所有具有足够 氧化电位的媒介物，其中所述媒介物的氧化电位足以使之被划分为超 氧化剂，该氧化电位通常至少与Ce+3/Ce+4氧化还原偶的相等(即在1摩 尔、25℃和pH为1时为1.7伏)。

图1示意性给出了用于分解生物废物的MEO设备。在电化学电池 25的阳极Fe(III)离子(Fe+3，三价铁离子)被氧化成Fe(VI)离子 (FeO4 -2，高铁酸盐)，

Fe+3+4H2O→FeO4-2+8H++3e-

如果阳极电解液的温度足够高，通常高于50℃，则Fe(VI)可以在 含水的阳极电解液中与水进行氧化还原反应。水的氧化通过一系列产 生多种中间反应产物的反应而进行，这些中间产物中有些相互之间发 生反应。这些中间反应产物中有些是具有高反应性的自由基，包括羟 基(OH)和过氧化氢或过羟基(HO2)，但不局限于此。另外，所述介导式 氧化剂物质的离子可以与酸性或中性盐电解液中存在的阴离子(例如 NO3 -、SO4 -2或PO4 -3等)相互作用而产生自由基，所述自由基通常为NO3， 但不局限于此，或者所述阴离子可以在电池阳极进行直接氧化。在反 应室5中通过阳极电解液的紫外线辐射(参见紫外线源11)而使过氧化 氢分子这一中间反应产物分裂成为两个这样的自由基，从而可以增加 羟基自由基的数量。也可以通过超声波振动(参见超声波源9)增加自 由基的数量，而所述超声波振动由上述内爆产生的冲击波被增强至 4800℃的温度和1000大气压的峰诱导形成。

这些二次氧化物质能够氧化有机材料，并因而与Fe(VI)离子配对 作用氧化生物材料。

氧化剂与生物废物反应产生CO2和水。这些过程在反应室5中的系 统的阳极侧的阳极电解液中发生。还提出了向非铁基的MEO系统中加 入三价铁离子，因为与单独的非铁MEO系统相比，这有可能增加生物 废物氧化的总体速率。(另外，应该理解的是有关三价铁/高铁酸盐氧 化还原偶的这一讨论也适用于在本节开头所描述的所有前述氧化剂物 质)。如果电化学形成FeO4 -2离子以及FeO4 -2离子将媒介物离子氧化成 为其更高价的两步法比直接电化学氧化媒介物离子本身进行得更快的 话，则生物废物的分解速率会有一个总体的提高。

膜27在电化学电池25中分隔阳极室和阴极室。由于分别在阳极 和阴极26和28之间应用直流电29而产生的电位，氢离子(H+)或水合 氢离子(H3O+)通过膜27。在阴极电解液中，通过H+离子和硝酸之间的 反应使硝酸还原成亚硝酸：

3HNO3+6H++6e-→3HNO2+H2O

通过位于液体表面以下的空气喷射器37向阴极电解液中引入氧， 从而再生硝酸：

3HNO2+3/2O2→3HNO3

整个过程致使生物废物转化成二氧化碳、水和少量在溶液中或形 成沉淀的无机化合物，而该无机化合物通过无机化合物脱除和处理系 统15而被提取。

MEO方法将会持续进行直到已经实现生物废物的完全分解，或者已 经调整使该过程停止在某一点，在该点处生物废物的分解不完全但： a)该生物材料是良性的并且不需要进一步处理，b)该生物材料将会以 其已经被还原的形式而应用，并且因此针对该目的而被回收。

参考图1，生物废物可以为液体、固体或固体和液体的混合物。提 起铰链盖1；向反应室5中的固体废物篮筐3的顶部加入生物废物， 其中固体废物保留下来而废物的液体部分流入阳极电解液中。所述设 备连续地使电解液的阳极电解液部分直接从电化学电池25通过反应 室5循环，从而使与废物接触的氧化剂物质的浓度达到最大。在线过 滤器6防止足够大以致堵塞电化学电池25的流路的固体颗粒流出反应 室5。氧化物质与不完全氧化的产物接触可以通过应用常规的促进气/ 液接触的技术(例如超声波振动9、机械混合7等)而强化，其中所述 不完全氧化产物在反应室5内的条件下为气态。所有与阳极电解液或 阴极电解液接触的设备表面均由不锈钢、玻璃或非反应性聚合物(例如 PTFE、PTFE衬里的管道等)组成。

阳极电解液循环系统包括泵19和脱除及处理系统15(例如过滤器、 离心分离器、水力旋流器等)，从而脱除任何不溶性无机化合物，而所 述无机化合物由于媒介物或电解液离子与卤素、硫、磷、氮等阴离子 或含有这些物质的阴离子进行反应而形成，从而阻止形成不稳定的含 氧化合物(例如高氯酸盐等)，其中所述阴离子可能在废物流中存在。 然后阳极电解液返回至电化学电池25，其中氧化物质被再生，完成在 阳极电解液系统(A)中的循环。

可以按连续或间歇模式向反应室中的篮筐3中加入废物。阳极电 解液在操作温度或更低的温度下开始，而所述更低的温度随后通过热 控制21针对具体废物流升高至所希望的操作温度。也可以将废物加入 到设备中，在阳极电解液中电化学产生的氧化物质的浓度被限定在某 个预定的值，通过控制由系统直流电源29供给电化学电池25的电流 而将该预定值控制在0至针对废物流所希望的操作浓度的最大值之 间。电解液由媒介物质及所选择的适用于所述媒介物质的电解质的水 溶液组成，并且在约0℃至稍低于电解溶液沸点的温度范围内操作， 所述沸点通常低于100℃，该温度或温度分布最有利于所希望的废物 分解速率(例如最迅速、最经济等)。所应用的酸、碱、或中性盐电解 液将由物质存在的条件来确定。

已经引起相当多注意的是卤素，特别是氯，以及它们与银媒介物 离子有害的相互作用，但由于以下两个原因，这一点对本发明来说不 太关心或者说不太重要。首先，与引用专利中所描述的卤化溶剂或抗 变形剂相比，在这里所考虑的生物废物通常含有较小量的这些卤素元 素。另外，在本专利中所要求的媒介物质具有很宽范围的特性(例如氧 化电位、化合物的溶解度、费用等)，从而允许选择单个媒介物或其混 合物来避免形成不溶性化合物，很容易地从沉积材料中回收媒介物， 或者足够便宜，从而简单地作为废物处置不溶性化合物，同时保持经 济氧化(即分解)生物废物的能力。

如果需要，在周期性维修过程中，将无机化合物的残余物从处理 系统15中冲洗出去。如果允许，应用几种化学或电化学方法中的任何 一种而将不溶性无机化合物转化成水溶性化合物。

将利用几个电化学和物理方法对废物分解过程进行监控。不同的 电池电压(例如断路、阳极对参比电极、专用离子电极等)提供关于媒 介物氧化离子浓度与还原离子浓度比的信息，而该比值与溶解于阳极 电解液中或被阳极电解液润湿的还原剂(即生物废物)的量进行关联。 如果媒介物质在其氧化态和还原态之间转换时伴随着颜色的变化(例 如杂多蓝等)，则在零电流条件下，与氧化态相关的颜色的衰退速率可 以用来粗略指示所存在的还原剂(即可氧化的废物)的量。如果在媒介 物中没有颜色变化，则有可能选择另一种媒介物来简单地用作pH指示 剂的氧化电位等价物。要求这种指示剂的氧化电位在工作媒介物和生 物物质的值之间，并且其颜色变化与氧化态转化相关。

阳极反应室的尾气将由CO2和CO以及可能的氧组成，其中CO2和 CO由生物废物中含碳物质的完全和不完全燃烧(即氧化)产生，氧由阳 极水分子氧化产生。标准的麻醉学实践要求在操作室的条件下实时例 行监控这三种气体，同时许多其它与呼吸相关的医学实践也要求实时 监控这些气体。因此存在成熟的工业来生产小型气体监控器，该监控 器直接应用于连续定量监控阳极电解液尾气中燃烧产物的存在。虽然 通常不必准确并且不需要大量的样品，但在熔炉和锅炉服务工业中应 用针对这些相同气体的监控器来分析废气。

针对其相关教导，将US 4,686,019、4,749,519、4,874,485、 4,925,643、5,364,508、5,516,972、5,745,835、5,756,874、 5,810,995、5,855,763、5,911,868、5,919,350、5,952,542和 6,096,283在这里全文作为参考引入。

MEO设备

在图1的 MEO设备图中给出的MEO设备的示意图描述了用于分解 生物废物的MEO方法。该MEO设备由两个独立的含有电解质溶液的闭 环系统组成，所述电解质溶液由阳极电解质溶液和阴极电解质溶液组 成。所述阳极电解质溶液和阴极电解质溶液分别包含在阳极电解液(A) 系统和阴极电解液(B)系统中。这两个系统将在下面的段落中详细讨 论。

                    阳极电解液系统(A)

阳极电解液的主体存在于阳极电解液反应室5中。升起铰链盖1 并向反应室5中的固体废物篮筐3中放入为液体、固体或液体和固体 混合物的生物废物。当生物废物仅为液体时，调整反应室5使其具有 连续输入设备，从而不必操作铰链盖1就可以向反应室5中泵送液体。 电解质溶液的阳极电解液部分含有例如Fe+3/FeO4 -2的氧化还原偶阴离 子和二次氧化物质(例如自由基、H2O2等)。阳极电解液的主体存在于阳 极电解液反应室5中。阳极电解液利用泵19由膜27的阳极26一侧通 过电化学电池25，循环进入反应室5。电化学电池25中的膜27分离 电解液的阳极电解液部分和阴极电解液部分。过滤器6位于反应室5 的底部，从而限制固体颗粒的粒度为约1mm的直径(即小于电化学电池 25中阳极电解液流路的最小尺寸)。小型热控制装置21和22与流动 物流相连，从而加热或冷却阳极电解液至选定的温度范围。换热器23 降低进入电化学电池的阳极电解液的温度，而换热器24在其进入阳极 电解液反应室5之前升高或降低其温度。电化学电池25由直流电源 29供电，而该直流电源由交流电源30供电。直流电源29为低压高电 流电源，通常在低于10V直流电下操作，但不局限于此范围。交流电 源30对于较小的装置在典型的110v交流线以下操作，而对较大的装 置为240v交流电。

通过在低温下进行本方法从而降低热活化的寄生反应消耗氧化剂 的速率，可以增加氧化剂物质的量，而该氧化剂物质由这里所参考的 氧化还原偶的氧化形式的电化学生成(即阳极氧化)而产生。如果允许， 可以刚好在电化学电池25的上游设置换热器23，从而降低电池内阳 极电解液的温度至所希望的水平。可以刚好在阳极电解液反应室入口 的上游设置另一换热器24，从而控制反应室中阳极电解液的温度在所 希望的温度范围内，该温度范围为约0℃至稍低于电解液的沸点，从 而在所希望的速率下实现所希望的化学反应，其中所述电解液的沸点 通常低于100℃。

电解液容器的边缘由耐受氧化性电解液的材料组成(例如不锈钢、 PTFE、PTFE衬里管、玻璃等)。由系统的阳极电解液系统(A)中所发生 的氧化过程所形成的反应产物被排放至冷凝器13中，其中所述反应产 物在阳极电解液的操作温度和压力下为气态。更容易冷凝的不完全氧 化的产物在冷凝器13中从阳极电解液尾气物流中分离出来，并返回至 阳极电解液反应室5中进行进一步氧化。不可冷凝的不完全氧化的产 物(例如低分子量的有机物、一氧化碳等)通过气体清洁系统16而降低 到大气排放可以接受的水平。气体清洁系统16并不是用于分解大多数 生物废物的MEO设备的一个必要组件。

如果在MEO设备中结合气体清洁系统16，则阳极电解液尾气在尾 气净化系统16中与流动气体洗涤系统逆流接触，其中来自冷凝器13 的不凝气通过气体清洁系统16的流量分配系统而加入到塔的下部，并 且从电化学电池25直接抽出一小股新氧化的阳极电解液的侧线物流 加入到塔的上部。这会使当气相沿塔上升而通过向下流的阳极电解液 时其与氧化性媒介物质连续反应。在这些条件下，离开塔顶的气体将 会具有最低浓度的可氧化物质，并且还会与具有最高浓度的氧化剂物 质的阳极电解液接触，从而促进所存在的任何空气污染物降低至大气 排放可以接受的水平。通过许多已经成熟的方法(例如填料塔、脉冲流、 超声波混合等)可以促进塔内气-液接触，而这些方法不会在阳极电解 液流动系统内导致任何有意义的背压。独特的废物组成也可能导致产 生不常见的气体产物，而这些气体产物可以通过更传统的空气污染技 术更容易地脱除。这些技术可以作为处理来自逆流塔的气态排放物的 精制过程而与前述系统串联应用，或者如果有利的话，替换前述系统。 所述氧化方法的主要产物是CO2和水(包括少量CO和无机盐)，其中CO2 由排放口14排出系统。

如果在所处理的生物废物中存在有超过微量的卤素或者其它形成 沉积物的阴离子，则应用一个任选的无机化合物脱除和处理系统15， 从而避免形成不稳定含氧化合物(例如高氯酸盐等)。

MEO方法将会持续进行直到已经实现生物废物的完全分解，或者已 经调整而使该过程停止在某一点，在该点处生物废物的分解不完全。 停止该过程的原因为：a)该生物材料是良性的并且不需要进一步处理， b)该生物材料将会以其已经被还原的形式而应用，并且因此针对该目 的而被回收。应用有机化合物回收系统17进行该过程。

                    阴极电解液系统(B)

阴极电解液的主体存在于阴极电解液贮池31中。电解液的阴极电 解液部分利用泵43由膜27的阴极28一侧通过电化学电池25而循环。 电解液的阴极电解液部分流入阴极电解液贮池31中。小型热控制装置 45和46与阴极电解液流动物流相连，从而加热或冷却阴极电解液至 所选的温度范围。通过空气喷射器37向阴极电解液贮池31中引入外 部空气。在空气中所含的氧将亚硝酸和少量氮氧化物(NOx)分别氧化成 硝酸和NO2，其中所述亚硝酸和氮氧化物通过阴极反应产生。通过应用 常规的利用混合器35促进气/液接触的技术(例如超声波振动48、机 械混合35等)可以强化氧化性气体与亚硝酸的接触。应用非硝酸阴极 电解液的系统也需要空气喷射来稀释和脱除尾气如氢。尾气清洁系统 39用于脱除任何不想要的气体产物(例如NO2等)。清洁后的气体物流 与引入到系统中的空气中未反应的组分组合后通过大气排放口47排 放。

在阴极电解液一侧设置任选的阳极电解液回收系统41。部分媒介 物氧化剂离子可以通过膜27，并且如果必须通过阳极电解液回收系统 41脱除它们从而保持过程效率或电池的可操作性，或者它们的经济价 值要求必须对它们进行回收，则可应用这一选择。在高于正常膜27的 电流密度(即大于约0.5A/cm2)的条件下操作电化学电池25将会提高 废物分解的速率，但也会导致通过膜进入阴极电解液的媒介物离子输 送量增加。以这种模式操作电化学电池25在经济上可能是有利的。只 要媒介物质的更换费用或脱除/回收费用低于增加电化学电池25的废 物处理量(即氧化速率)而带来的成本好处，就是有利的。通过应用这 种操作选择可以避免扩大电化学电池25尺寸而带来的投资的增加。

                      MEO控制器

操作员通过应用在图 2MEO控制器中所描述的MEO控制器而运行 MEO设备(图1)。带有微处理器的控制器49与监视器51和键盘53相 连。操作员针对在监视器51上显示的信息通过键盘53向控制器49输 入命令。控制器49运行程序，而该程序规定MEO设备的操作步骤的顺 序。所述程序具有预先程序化的标准操作的顺序，操作员可以遵循该 标准操作，也可以选择他自己的操作顺序。控制器49在确保安全和可 靠操作的限度内允许操作员选择他自己的顺序。控制器49向MEO设备 中的各组件、泵19和43、混合器7和35、热控制21、22、45、46、 紫外线源11、超声波源9和48、CO2排放口14、空气喷射器37和电 化学电池25输送数字命令，该数字命令调节电能(AC 30和DC 29)。 控制器接收来自组件的组件响应和状态。控制器向传感器输送数字命 令，从而通过传感器响应而获得传感器信息。MEO设备中的传感器针 对各组件的状态提供数字信息。传感器测量流率59、温度61、pH 63、 CO2排放65、氧化程度67、空气喷射传感器69等。控制器49接收电 化学电池上电位的状态信息(伏特计57)，如果是多电池构造则为各电 池的电位信息，以及阳极和电池25内部的参比电极之间的电位信息， 以及每个电池内流过电极间的电流(安培计55)。

                      系统型号的例子

针对一种优选实施方案即MEO系统型号1.0(图3中所示的MEO系 统型号)确定尺寸而用于医务室或实验室。其它优选实施方案具有不同 的外部构造和尺寸，但其内部功能和组件基本与图1所示的相同。图 3的优选实施方案包括一个由金属或高强度塑料构造的外罩72，该外 罩包围电化学电池25、电解液和带孔篮筐3。通过电源线78向交流电 源30提供交流电。监视器屏幕51结合在外罩72内用来显示有关系统 和所要处理的废物的信息。另外，在外罩72中结合有控制键盘53用 来向系统中输入信息。监视器屏幕51和控制键盘53可以与系统相连 而不必将它们结合在外罩72中。在一种优选实施方案中，可以向外罩 72中结合状态灯73用来显示有关生物废物材料处理状态的信息。在 外罩72中可以结合空气喷射器37，从而允许在阴极电解液的表面以 下将空气引入到阴极电解液贮池31中。另外，将CO2排放口14结合 到外罩72中，从而允许从罩在其内的阳极电解液反应室中排放CO2。 在一种优选实施方案中，外罩包括用于清洁MEO废物处理系统的设备， 包括冲洗18和排放12，阳极电解液和阴极电解液将通过这两个设备。 该优选实施方案进一步包括大气排放口47从而有利于气体从阴极电 解液贮池31排放到大气中。其它的优选实施方案系统在本质上类似， 只是在尺寸上被放大，从而处理更大量的废物，例如病房、操作间、 实验室、焚烧炉替换装置等。

所述系统具有用于输入命令和数据的控制键盘53。ON/Off按钮74 用于切换设备电源开或关。监视器屏幕51用来显示系统的操作和功 能。在键盘53和监视器屏幕51下方是状态灯73用来显示开、关或备 用状态。打开铰链盖1，并在室5中的篮筐3中堆积生物废物。盖止 动2保持盖的开口被控制。铰链盖1配有由控制器49操作的锁紧插销 76。在室5中是含水酸、碱或中性盐电解液和介导式氧化剂物质溶液， 其中媒介物氧化还原偶的氧化剂形式可以最初存在，或者可以在向电 化学电池25中加入废物并应用直流电30后电化学产生。类似地，当 阳极电解液为室温、操作温度或某些最优中间温度时，也可以加入废 物。直流电源30向电化学电池25提供直流电。泵19循环电解液的阳 极电解液部分，并且在低于100℃的温度和环境压力下迅速氧化生物 废物材料。在线过滤器6防止足够大以至于堵塞电化学电池25的流路 的固体颗粒流出该反应室5。继续氧化过程从而将材料分解成越来越 小的分子，直到它们变为CO2、水以及一些CO和无机盐。任何残余物 都被中和成盐的形式，并且可以定期通过无机化合物脱除和处理系统 15和排放出口12脱除。当应用相同管道向反应室5和31加入电解液 时，所述电解液可以用不同的电解液替换，来改变应用或者所要分解 的材料。阴极电解液贮池31具有一个螺纹盖33(如图1所示)，其用 来使维修人员进入贮池31进行清洁和维修。

作为一种选择，MEO设备可以在加入整个白天产生的生物废物的情 况下设置为备用模式，而装置在非操作时间内处于完全运行状态。所 述MEO方法的优点是耗电较低以及介导式氧化剂物质和电解液的损失 非常低，这些优点为设备提供了一种选择，即在白天在非常低的水平 下操作，从而在整个白天生物废物在非常慢的速率下进行分解。

设备的紧凑性使得其用于办公室和操作间非常理想，并且也适用 于高体积输入的实验室和医院的非操作间的活动。本方法在低温和环 境大气压下操作，并且在生物废物的分解过程中不会产生有毒化合物， 使得该方法具有室内兼容性。所述系统可放大为足够大的装置从而替 换医院的焚烧炉系统。来自阳极电解液系统A的CO2氧化产物从CO2排 放口14排出。来自阴极电解液系统B的尾气产物通过如图所示的大气 空气排放口47排放。

MEO方法的操作步骤

MEO方法的操作步骤在图4“MEO系统操作步骤”中进行了描述。 该MEO设备包含在外罩72内。通过操作员起动控制键盘53上的“ON” 按钮74(状态灯73)而起动81 MEO系统。包括微处理器的系统控制器 49运行程序控制整个操作顺序82。监视器屏幕51按适当顺序显示过 程步骤。控制面板上的状态灯73提供MEO设备的状态(例如开、关、 预备、备用)。打开盖1并在篮筐3中放入生物废物83(其可以为液体、 固体和混合物)，然后废物的固体部分被保留而液体部分通过篮筐流入 阳极电解液。启动锁紧插销76。泵19和43分别开始循环85阳极电 解液87和阴极电解液89。当电解液的循环在整个系统中建立起来后， 混合器7和35开始操作91和93。根据废物的特性(例如反应动力学、 反应热等)，有可能希望的是在只有很少或没有为氧化剂形式的媒介物 氧化还原偶的条件下，将废物引入到室温或更冷的阳极电解液系统中。 当流动已经形成后，打开95/97热控制装置21、22、45和46，启动 预先确定的阳极氧化和电解液加热程序。向电化学电池25供电94(利 用电池命令56)至由控制器程序确定的电位57和电流55密度。应用 程序化的电源和电解液温度攀升，有可能保持预定的废物分解速率分 布，例如当更具有反应性的废物组分被氧化时，致使剩余的废物的反 应性越来越弱，因而需要越来越剧烈的氧化条件，从而保持相对恒定 的反应速率。如果在控制器程序中选择了这些选项，则在阳极电解液 反应室5和阴极电解液贮池31中启动99和101超声波9和48以及紫 外线系统11。启动103 CO2排放口14，从而从阳极电解液反应室5的 生物废物氧化过程中释放CO2。在阴极电解液系统中启动105空气喷射 器37和大气排放口47。分解过程的进展将在控制器(氧化传感器67) 中通过不同电池电压和电流55，57(例如断路、阳极对参比电极、离 子专用电极等)进行监控，并且监控阳极电解液尾气(应用传感器65) 组合物的CO2、CO和氧含量。

生物废物被分解成水和CO2，而后者通过CO2排放口14排放出去 103。空气喷射器37将空气105引入阴极电解液贮池31中，并且过量 空气通过大气排放口47排出。当氧化传感器65和67确定已经达到所 希望的废物分解程度107时，系统进入备用状态109。系统操作员应 用控制器键盘53执行系统停车111。

实施例

如下实施例描述了本申请的方法和设备。

实施例(1) 原生质的分解：通过分析人类原生质的电化学氧化可以 估计用于医用/病理性废物的设备性能参数，其中据文献中描述人类原 生质由67wt％的水、29wt％的有机固体和4wt％的矿物质组成。这些有机 固体由蛋白质(15wt％)、脂肪(13wt％)和碳水化合物(1wt％)组成。针对 这一分析，假定蛋白质为胶原蛋白(C102H149O38N31)，脂质或脂肪为 (C57H110O6)，以及碳水化合物为葡萄糖单元(C6H12O6)，并且氧化产物为 H2O、CO2和NO2。假定为3伏的电池电位和85％的电流效率，则氧化1kg 人类原生质需要8.2kWh。这一电能通过电池所需要的时间由以下因 素确定：(1)电池的电极表面积(即假定其等于隔膜面积)，(2)隔膜的 最大允许电流密度，(3)在3伏时电源的电流容量，和(4)分配系统的 电流负载容量。

阳极电解液为1-22M的硝酸，通常为约4-8M的硝酸，0.01M可溶 性铁(三价铁)盐至其饱和溶液，通常为0.5M的可溶性三价铁盐(通常 为硝酸铁，但不局限于此)。如果通过加入另一种浓度为0.1M至饱和 溶液的可溶性媒介物盐来强化，则可溶性铁盐的浓度下限可以降低至 0.001M。阴极电解液为1-22M硝酸，通常为约4-8M的硝酸。所述设备 在约0℃至稍低于100℃之间操作。在另一种酸的情况下，对于按照与 Fe+3相同的浓度范围可溶于其中的媒介物而言为1-19M硫酸和磷酸。

实施例(2) 有效及环境安全的产物：MEO方法产生CO2、水和微量 无机盐，所有这些物质均被管理机构认为是良性的可以引入到环境中。 在本发明中应用MEO方法的费用与焚烧法和垃圾填埋法相比是有竟争 性的。所述MEO方法特别适合于生物废物的分解，这是因为组成该废 物大部分的水(例如组织、体液等)是良性的或者实际上可以作为二次 氧化物质的来源，而不是与媒介物氧化物质竟争的寄生反应。另外， 在MEO方法中必须提供能量来加热废物流的水组分，使其从环境温度 上升至电解液操作温度(即80℃的最大温升)，该能量与基于高压釜或 焚烧炉的方法所要求的水焓的增加相比是微不足道的。

实施例(3) 良性的室内操作：相对于较早的技术而言，该系统是独 特的，因为建立该系统是为了在室内环境如病房或实验室中进行操作， 在这些地点其必须与工作在系统附近的人们以及在医疗条件下进行治 疗的人们是相容的。该系统适合于在工作人员居住的室内空间应用， 同时也适合于在与焚烧炉建筑类似的工业工作地点应用。

实施例(4) 固有的安全操作：建立系统只要求有限的操作技能。对 系统控制器进行编程从而指导操作员进行正常的操作循环以及各种可 利用的选项。在其操作循环过程中系统是可进入的，从而可以向过程 废物中加入更多的生物废物，同时保持与室内环境相兼容。当在操作 过程中向系统中加入新的生物废物时，操作员选择这一选项。系统控 制器使系统操作步骤循环回步骤83。其使步骤85、87、89、91、93、 94、95、97、99、101停止，并且保持步骤103和105处于其活动状 态。控制器释放锁紧插销76，并且操作员将加入更多的生物废物。当 完成加入操作后，他选择重新启动选项。系统循环返回这些步骤，从 而继续处理废物。

实施例(5) 化学反应是安全的：建立系统进行操作，其材料在其应 用环境中可以安全地被处理。所述生物废物只含有很少或者不含能与 所选择的电解液反应而产生挥发性化合物的物质，而这将会给室内环 境带来问题。所述系统将在环境大气压力和约0℃至稍低于电解液沸 点的温度下操作，而所述电解液的沸点通常低于100℃，该操作条件 增加了室内兼容性。

实施例(6) 环保机器：针对利用生物废物所建立的新系统的简化 形成一个比现有废物处理系统操作更经济并且应用起来更清洁的系 统。与已有的MEO系统相比，该系统的复杂程度降低，这是因为其不 需要处理大量的卤素。从环境良性的系统来看，该系统确实上是“环 保机器”。

实施例(7) 系统的灵活性：建立该系统从而可以改变电解液的组 成，进而使该系统适应于所选择的生物废物流的组成。构造系统使其 带有接口，从而分别冲洗和排放阳极电解液和阴极电解液。

实施例(8) 系统的副产物是安全的：系统的灵活性允许引入多种媒 介物离子，从而使电解液效率明显改进。另外，其使电解液对溶液中 的氯离子不敏感(即在防止形成不稳定的高氯酸盐化合物方面更容 易)。

虽然已经参考具体实施方案对本发明进行了描述，但在不偏离本 发明范围的前提下可以对本发明进行调整和改变，本发明的范围在下 述权利要求中进行定义。

我们已经描述了MEO方法及其各化学步骤，我们相信这些描述是 精确的。但如果所述方法偏离了我们的表述，我们仍然坚持认为所有 的权利要求是有效的。

虽然我们相信在本节中所给出的理论解释是正确的，但我们并不 希望受它们所局限。

新的生物废物材料系统的一些重要特征和元件包括：

1.处理和氧化生物废物材料的方法，包括在电化学电池中放置电 解液，用离子选择性膜或半透膜将电解液分离成为阳极电解液部分和 阴极电解液部分，在阳极电解液部分和阴极电解液部分施加直流电压， 将生物废物材料放入阳极电解液部分，在阳极电解液部分中用介导式 电化学氧化(MEO)方法氧化生物废物材料，其中阳极电解液部分进一步 包括处于水溶液中的媒介物，并且电解液为酸性、中性或碱性水溶液。

2.第1段的方法，其中：

a.阳极电解液部分进一步在水溶液中包括一种或多种选自表I所 述的简单阴离子媒介物离子，并且电解液为酸性、中性或碱性溶液；

b.氧化物质选自一种或多种在水溶液中含有钨、钼、钒、铌、钽 或其组合物作为附加原子的第I类同多阴离子(即复杂阴离子氧化还 原偶媒介物)，并且电解液为酸性、中性或碱性水溶液；

c.氧化物质选自一种或多种第I类杂多阴离子，所述杂多阴离子 通过在水溶液中向上述同多阴离子中作为杂原子单独或组合引入表II 中所列的任何元素而形成，并且电解液为酸性、中性或碱性水溶液；

d.氧化物质选自一种或多种在水溶液中含有至少一种在表I和表 II中包含的杂原子类(即元素)的任何杂多阴离子，并且电解液为酸性、 中性或碱性水溶液；

e.氧化物质选自前述四段(2a、2b、2c和2d)的任何或所有阴离子 氧化还原偶媒介物的组合；

f.向电解液中加入催化剂添加剂，并对介导式电化学方法的动力 学有贡献，同时保持添加剂不直接涉及生物废物材料的氧化；

g.向电解液中加入稳定化合物如碲酸盐或高碘酸盐离子，这些稳 定化合物用来克服和稳定简单和复杂阴离子氧化还原偶媒介物的更高 氧化态物质的氧化形式的短寿命；

h.氧化物质为原子序数小于90并且在表I中确定的元素；

i.每种物质均具有正常价态和更高价的氧化态，并且进一步包括 通过在电化学电池中从正常价态物质中剥离电子而产生氧化物质的更 高价的氧化态；

k.氧化物质为“超氧化剂”(SO)(通常显示出与Ce+3/Ce+4氧化还 原偶至少相等的氧化电位(即1.7伏))，其为能够产生自由基如羟基或 过羟基的氧化还原偶物质，并且进一步包括使SO与水反应产生二次氧 化剂；

1.应用碱性溶液来辅助由脂肪酸的皂化得到的生物废物材料的分 解(即碱促进的酯水解)，从而形成脂肪酸的水溶性碱金属盐(即肥皂) 和甘油，这种方法类似于通过将动物脂肪加入到热碱水溶液中而由动 物脂肪生产肥皂；

m.应用碱性阳极电解溶液吸收由生物废物氧化形成的CO2，从而形 成碳酸氢钠/碳酸钠溶液，而其随后通过电化学电池循环，产生过碳酸 盐氧化剂；

n.超氧化剂在水溶液中由如下物质产生无机自由基：碳酸盐、重 氮化物、亚硝酸盐、硝酸盐、亚磷酸盐、磷酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐、 亚硒酸盐、硫氰酸盐、氯化物、溴化物、碘化物和甲酸盐的氧化形式， 但不局限于此；

o.在电化学电池内的阳极电解液部分使氧化还原偶的还原形式重 新氧化；

p.膜(阳极电解溶液和阴极电解溶液间的隔膜)可以为微孔塑料、 烧结玻璃料、多孔陶瓷等；

q.在直流电压上施加交流电压从而延迟在电极上形成限制电池性 能的表面膜；

r.在阳极电解液中放置带孔篮筐；

s.向阴极电解液部分中加入氧(这仅对HNO3或NO3 -盐来说是必须 的)；

t.如表I所述(简单阴离子)；含有钨、钼、钒、铌、钽或其组合 作为附加原子的第I类同多阴离子；通过在上述的杂多阴离子中作为 杂原子单独或组合引入表II中所列的任何元素而形成的第I类杂多阴 离子；或含有至少一种表I和表II中所含的杂原子类(即元素)的任何 杂多阴离子；

u.在阳极电解液进入电化学电池之前调节其温度(例如0℃至稍低 于沸点)从而促进阴离子氧化还原偶媒介物的氧化形式的产生；

v.调节进入阳极电解液反应室的阳极电解液的温度(例如0℃至稍 低于沸点)从而通过降低进入电化学电池的阳极电解液的温度而在所 希望的速率下实现所希望的化学反应。

3.第1段的方法，其中：

a.向阳极电解液部分中引入超声波能，利用超声波能瞬时升高细 胞膜内的局部温度至几千度以上，致使细胞膜破裂，从而使生物废物 材料中的细胞膜破裂；

b.向阳极电解液部分中引入紫外线能，并在其中将过氧化氢和臭 氧分解成为羟基自由基，从而在不消耗更多电子的条件下，通过将消 耗电子的寄生反应的产物(即臭氧和过氧化氢)转化为可用的自由基 (即二次)氧化剂而提高MEO过程效率；

c.向阳极电解液中加入表面活性剂，从而当生物废物或中间阶段 反应产物不溶于水并且倾向于形成不能混溶的层时，促进生物废物或 中间阶段反应产物在水溶液内的分散；

d.应用过溴酸盐并且分解不锈钢产品(例如在本发明技术领域中 参考的法令和法规中定义的刀片)；

e.应用简单和/或复杂的氧化还原偶媒介物，用氧化形式侵蚀具体 有机分子，同时在低温下操作从而阻止形成二噁类化合物和呋喃；

f.使生物废物材料分解成有机化合物，并且应用简单和/或复杂阴 离子氧化还原偶媒介物或无机自由基侵蚀有机化合物从而产生有机自 由基；

g.处理和氧化生物废物材料包括处理和氧化动物废物，所述动物 废物按这里所参考的生物废物的定义而确定；

h.在电化学电池中剥离NVS阴离子的电子升高正常价态(NVS)阴离 子至更高价态；所存在的任何其它氧化还原偶的氧化形式通过类似的 阴极氧化产生，或者通过与所存在的其它氧化还原偶的氧化形式反应 而产生。氧化还原偶的氧化形式氧化生物废物分子，并且其自身转化 成为其还原形式，然后它们通过前述任一机理重新氧化，并且继续氧 化还原循环；

i.通过电化学电池循环阴离子从而将可逆的氧化还原偶的还原形 式阳极氧化成为其氧化形式；

j.在阳极电解液部分使阴离子与生物废物材料接触；

k.通过电化学电池循环阴离子；

l.在二次氧化过程中包括氧化电位高于阈值1.7伏的阴离子(即超 氧化剂)，并产生氧化剂；

m.向阳极电解液部分加入紫外线(UV)能源，并强化二次氧化过程， 将过氧化氢和臭氧分解成为羟基自由基，从而加快氧化过程；

n.向阳极电解液部分中引入超声波能源，并照射生物废物材料中 的细胞膜，瞬时升高细胞膜内的局部温度，致使细胞膜破裂，从而使 细胞内容物更大程度地暴露于阳极电解液部分中的氧化物质；

o.在本专利中涉及的氧化剂物质(即原子序数低于90的特征元素) 在表I中有述(简单阴离子氧化还原偶媒介物)：由Mo、W、V、Nb、Ta 或其混合物形成的第I类IPA；通过向上述IPA中单独或组合引入表 II中所列的任何元素(杂原子)而形成的第I类HPA；或含有在表I和 表II中所含的至少一类杂原子(即元素)的任何HPA，或任何或所有这 些类别的媒介物质的组合。

4.第1段的方法，进一步包括：

a.通过使废物-阳极电解液混合物循环通过电化学电池而应用在 所要分解的废物中原位发现的氧化剂物质，其中原位可逆氧化还原偶 的氧化形式由阳极氧化形成，或者如果有更强的氧化还原偶加入到阳 极电解液中并且在电化学电池中阳极氧化，则另外与更强的氧化还原 偶的氧化形式反应而形成，从而分解生物废物材料；

b.应用碱性电解液，例如含有媒介物质的NaOH或KOH，但不局限 于此，其中所述媒介物氧化还原偶的还原形式在所述电解液中显示出 足够的溶解度，从而使所希望的生物废物的氧化按可行的速率进行。 产生氢离子的氧化还原反应(即媒介物质和生物废物分子的反应)的氧 化电位与电解液的pH值成反比，因而通过适当选择媒介物氧化还原 偶，有可能通过提高电解液的pH值而使实现所希望的氧化过程所需的 电位最小，从而减少分解单位质量生物废物所消耗的电能；

c.水溶液选自酸或碱或中性电解质，其中所述酸如硝酸、硫酸、 或磷酸或其混合物，但不局限于此，碱如氢氧化钠或氢氧化钾或其混 合物，但不局限于此，中性电解液如硝酸、硫酸或磷酸的钠盐或钾盐 或其混合物，但不局限于此；

d.应用超声波能诱导微观气泡内爆，而该微观气泡内爆可用于实 现所希望的在阳极电解液中分散的各二次相废物体积的尺寸减小。

5.第1段的方法，进一步包括：

a.按优选实施方案在不改变设备的情况下交换氧化物质；和

b.电解液为酸性、中性或碱性的水溶液。

6.第1段的方法，进一步包括：

a.处理和氧化生物废物材料，包括处理和氧化尸体废物，其中所 述尸体废物按这里所参考的生物废物的定义确定；

b.处理和氧化生物或工业有机废物材料，包括处理和氧化来自军 用船只的废物，所述军用船只如潜水艇、驱逐艇、巡洋舰和航空母艇， 但不局限于此；

c.处理和氧化生物废物材料，包括处理和氧化来自商用船只的废 物，所述商用船只例如巡游船、油轮、货船、渔船、娱乐艇或游艇， 但不局限于此；

d.处理和氧化生物废物材料，包括处理和氧化来自兽医行业的废 物，其中所述兽医行业废物按这里所参考的生物废物的定义确定；

e.用氢或水和氢离子渗透膜或微孔聚合物、陶瓷或玻璃料膜分离 阳极电解液部分和阴极电解液部分；

f.在足够的电位水平下对电化学电池供电，从而在阳极电解液中 形成具有最高氧化电位的氧化还原偶的氧化形式；

g.向阳极电解液部分中加入生物废物材料；

h.通过与可氧化的分子接触形成一种或多种可逆的氧化还原偶的 还原形式，该反应氧化可氧化材料，同时伴随着可逆氧化还原偶的氧 化形式还原成其还原形式；

i.与阳极电解液相连的超声波源，通过瞬时加热电解液中的过氧 化氢至1000大气压下的4800℃，从而将过氧化氢分解成为羟基自由 基，因此加快氧化过程，进而强化二级氧化过程，；

j.产生氢离子的氧化还原反应的氧化电位与pH值成反比；

k.第1段的方法，其特征在于所述方法在稍高于0℃至稍低于电解 液沸点的温度下进行，所述电解液的沸点通常低于100℃；

l.实施方法的温度是变化的；

m.处理和氧化生物废物，包括处理和氧化固体废物；

n.处理和氧化生物废物，包括处理和氧化液体废物；

o.处理和氧化生物废物，包括处理和氧化液体和固体的组合物； 以及

p.脱除和处理沉积物，其中所述沉积物在分解过程中由氧化物质 和生物废物所释放的其它物质的组合所形成。

7.第1段的方法，进一步包括：对于阳极电解溶液和阴极电解溶 液来说不必含有相同的电解液，而是每种电解液系统可以相互独立， 包括酸、碱或中性盐的水溶液，其中所述酸通常为硝酸、硫酸或磷酸， 但不局限于此，碱通常为氢氧化钠或氢氧化钾，但不局限于此，中性 盐通常为前述强酸的钠或钾盐，但不局限于此。

8.第1段的方法，进一步包括在膜上电流密度大于0.5A/cm2的条 件下操作电化学电池，虽然该电流密度是一个界限，但超过该界限时 仍可能有少量金属阴离子通过所述膜漏出，并且通过一个设备如树脂 柱来回收所述金属阴离子，从而导致在阳极电解液室中更大的材料分 解速率。

9.第1段的方法，其中：

a.阴极电解溶液进一步包括水溶液，并且在溶液中的电解质包括 酸或碱或中性盐，其中所述酸通常为硝酸、硫酸或磷酸，但不局限于 此，碱通常为氢氧化钠或氢氧化钾，但不局限于此，中性盐通常为前 述强酸的钠或钾盐，但不局限于此；

b.向阴极电解液部分中加入氧(这仅对HNO3或NO3 -盐是必须的)；

c.在阴极电解液中电解质的浓度将由其对电化学电池中所希望的 阴极电解溶液的电导率的影响来控制；

d.应用超声波诱导的微观气泡内爆来实现阴极电解溶液的剧烈混 合，其中当在阴极电解液中应用硝酸时，所希望的是氧化硝酸和少量 氮氧化物；

e.应用机械混合实现阴极电解溶液的剧烈混合，其中所希望的是 氧化硝酸和少量氮氧化物；

f.向阴极电解溶液中引入空气，从而促进亚硝酸和少量氮氧化物 (NOx)的氧化，其中(NOx)通过阴极反应并且HNO3或NO3 -盐在阴极电解液 中存在时形成；和

g.向阴极电解溶液中引入空气，从而在释放前稀释在阴极电解溶 液中产生的任何氢。

10.处理和氧化生物废物材料的设备，包括电化学电池、设置在电 化学电池中的电解液、氢或水合氢离子渗透膜，所述膜位于电化学电 池中用来将电池分隔成为阳极电解液室和阴极电解液室，并将电解液 分隔成为阳极电解液部分和阴极电解液部分，电极进一步包括分别位 于电化学电池的阳极电解液室和阴极电解液室中并且分别位于电解液 的阳极电解液部分和阴极电解液部分中的阳极和阴极，与阳极和阴极 相连用于在电解液的阳极电解液部分和阴极电解液部分之间提供直流 电压的电源，设置于阳极电解液室中用于接收生物废物材料的带孔篮 筐，以及在阳极电解液部分中用介导式电化学氧化(MEO)方法氧化生物 废物材料，其中阳极电解液部分进一步包括在水溶液中的媒介物，并 且电解液为酸性、中性或碱性水溶液。

11.第10段的设备，其中：

a.向电解液中加入添加剂，并对介导式电化学方法的动力学有贡 献，同时保持所述添加剂不直接涉及生物废物材料的氧化；

b.用于稳定在电解液中用作氧化物质的可逆氧化还原偶的氧化形 式的较高氧化态物质的化合物；

c.在本专利中涉及的氧化剂物质(即原子序数低于90的特征元素) 在表I中有述(简单阴离子氧化还原偶媒介物)：由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物形成的第I类IPA；通过向上述IPA中单独或组合引入在 表II中所列的任何元素(杂原子)而形成的第I类HPA；或含有至少一 种表I和表II中所含的杂原子类(即元素)的任何HPA，或任何或所有 这些媒介物质的组合；

d.氧化物质为超氧化剂，并且进一步包括使超氧化剂与含水阳极 电解液反应而产生二次氧化剂；

e.碱性溶液用来辅助分解生物废物材料；

f.碱性溶液用来吸收CO2并形成碱金属碳酸氢盐/碳酸盐，用于循 环通过电化学电池产生过碳酸盐氧化剂；

g.过溴酸盐用来分解不锈钢产品(例如刀片)；

h.超氧化剂在水溶液中产生无机自由基，所述无机自由基来自碳 酸盐、重氮化物、亚硝酸盐、硝酸盐、亚磷酸盐、磷酸盐、亚硫酸盐、 硫酸盐、亚硒酸盐、硫氰酸盐、氯化物、溴化物、碘化物及其它物质；

i.有机自由基用来辅助MEO方法，并将生物废物材料分解成为较 简单(即较小分子结构)的有机化合物；

j.氧化电位超过阈值1.7伏的阴离子(即超氧化剂)，用于进行二 次氧化过程产生氧化剂；

k.在本专利中涉及的氧化剂物质(即原子序数低于90的特征元素) 在表I中有述(简单阴离子氧化还原偶媒介物)：由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物形成的第I类IPA；通过向上述IPA中单独或组合引入表 II中所列的任何元素(杂原子)而形成的第I类HPA；或含有至少一种 表I和表II中所含的杂原子类(即元素)的任何HPA，或任何或所有这 些媒介物质的组合；

l.应用超声波能诱导微观气泡内爆，而该微观气泡内爆将用于实 现所希望的在阳极电解液中分散的各二次相废物体积的尺寸减小；

m.膜可以为微孔聚合物、多孔陶瓷或玻璃料；

n.在直流电压上可以施加交流电压从而延迟在电极上形成限制 电池性能的表面膜；和

o.通过空气喷射器向阴极电解液贮池中引入外部空气，其中在空 气中所含的氧氧化亚硝酸和少量氮氧化物(NOx)，而亚硝酸和氮氧化物 通过阴极反应产生(仅当HNO3或NO3 -盐在阴极电解液中存在时是必须 的)。

12.第10段的设备，其中：

a.每种氧化物质具有正常价态(即氧化还原偶的还原形式)和更高 价的氧化态，并进一步包括通过在电化学电池中从正常价态物质中剥 离和减少电子而产生氧化物质的更高价氧化态(即氧化还原偶的氧化 形式)；

b.应用在碱性溶液中可以应用的物质，因为产生氢离子的氧化还 原反应的氧化电位与pH值成反比，这减少了分解生物废物所需要的电 能；

c.其它氧化物质，并且用氧化物质侵蚀具体有机分子，同时在足 够低的温度下操作，从而阻止形成二噁类化合物和呋喃；

d.过溴酸盐用来处理医用刀片，所述刀片按这里所参考的生物废 物的定义而确定；

e.在足够的电位水平下对电化学电池供电，从而在阳极电解液中 形成具有最高氧化电位的氧化还原偶的氧化形式；

f.在其进入电化学电池之前，用换热器调节温度为0℃至低于阳极 电解液的沸点之间，从而强化阴离子氧化还原偶媒介物的氧化形式的 产生；和

g.用换热器调节进入阳极电解液反应室的阳极电解液的温度(例 如0℃和稍低于其沸点)，从而在所希望的速率下实现所希望的化学反 应。

13.第10段的设备，其中：

a.氧化物质为一种或多种在水溶液中含有钨、钼、钒、铌、钽或 其组合作为附加原子的第I类同多阴离子(即复杂阴离子氧化还原偶 媒介物)，并且电解液为酸性、中性或碱性水溶液；

b.氧化物质为一种或多种第I类杂多阴离子，所述第I类杂多阴 离子通过在水溶液中向上述同多阴离子中作为杂原子单独或组合引入 表II中所列的任何元素而形成，并且电解液为酸性、中性或碱性水溶 液；

c.氧化物质为一种或多种在水溶液中含有至少一种表I和表II中 所含的杂原子类(即元素)的任何杂多阴离子，并且电解液为酸性、中 性或碱性水溶液；

d.氧化物质为前述三段(13a-c)的任何或所有的阴离子氧化还原 偶媒介物的组合；

e.氧化物质为分解生物废物材料时原位发现的物质的较高价态； 和

f.电解液为酸性、中性或碱性水溶液。

14.第10段的设备，进一步包括：

a.水溶液选自酸、碱或中性电解液，其中所述酸如硝酸、硫酸或 磷酸，但不局限于此，碱如氢氧化钠或氢氧化钾，但不局限于此，中 性电解液如硝酸、硫酸或磷酸的钠盐或钾盐，但不局限于此；

b.生物废物材料医药生产过程的废物废料和废弃药品；

c.生物废物材料为动物废物，所述动物废物按这里所参考的生物 废物的定义确定；

d.生物废物材料为尸体废物，所述尸体废物按这里所参考的生物 废物的定义确定；

e.生物废物材料为来自军用船只的废物，所述军用船只如潜水艇、 驱逐舰、巡洋舰和航空母舰，但不局限于此；

f.生物废物材料为来自非军用船只的废物，所述非军用船只如商 用船、巡游船、油轮、货船、渔船、娱乐艇或游艇，但不局限于此；

g.生物废物材料为来自兽医行业的废物，所述废物按这里所参考 的生物废物的定义确定；

h.用氢或水合氢的半透膜、微孔聚合物、多孔陶瓷或玻璃料膜分 离阳极电解液部分和阴极电解液部分，同时允许氢或水合氢离子通过 从阳极电解液进入阴极电解液；

i.产生氢离子的氧化还原反应的氧化电位与pH值成反比；

j.生物废物为液体废物；

k.生物废物为液体和固体的组合物；和

l.可以在优选实施方案中在不改变设备的情况下交换氧化物质。

15.第10段的设备，进一步包括：

a.与阳极电解液室相连的紫外线源11，并且在其中将过氧化氢和 臭氧分解成为羟基自由基，并且通过在阳极电解液室中利用这些二次 氧化剂氧化生物废物材料而回收能量，从而提高MEO过程效率。

b.与阳极电解液相连的超声波源9，用来通过加热含过氧化氢的电 解液至1000大气压下的4800℃，从而将过氧化氢分解成为羟基自由 基，因此加快氧化过程，进而强化二次氧化过程；

d.与阳极电解液相连的超声波能源9，用来照射生物物质中的细胞 膜，通过瞬时升高细胞膜内的温度并致使细胞膜破裂，从而致使细胞 内容物更大程度地暴露于阳极电解液中的氧化物质；

e.与阳极电解液室相连的超声波能源9，并用超声波能升高细胞膜 内的局部温度至几千度以上，致使细胞膜破裂，从而破裂生物废物材 料中的细胞膜；

f.应用超声波能，通过超声波能源9诱导微观气泡内爆，而该微 观气泡内爆将用于实现所希望的在阳极电解液中分散的各二次相废物 体积的尺寸减小；

g.在反应室5中容纳阳极电解液部分的主体和带孔篮筐3；

h.CO2排放口14用来向大气排放CO2；

i.与外罩相连的外部CO2排放口14，用来向大气中排放CO2；

j.与反应室相连的铰链盖1，允许向阳极电解液部分加入为液体、 固体或液体和固体混合物的废物；

k.如果在所要处理的生物废物中存在微量以上的氯化物或存在其 它形成沉淀的阴离子，则应用与阳极电解液泵相连的无机化合物脱除 和处理系统15，从而避免形成不稳定的含氧化合物(例如高氯酸盐等)；

l.尾气清洁系统16包括洗涤/吸收塔；

m.与阳极电解液反应室相连的冷凝器13；

n.利用气体清洁系统16使不凝性的不完全氧化产物(例如低分子 量的有机物、一氧化碳等)降低到大气排放可以接受的水平；

o.对于分解大多数生物废物来说，气体清洁系统16并不是MEO设 备的必须组件；

p.如果在MEO设备中结合了气体清洁系统16，则阳极电解液尾气 在气体清洁系统16中接触，其中来自冷凝器13的不凝物通过流量分 配系统加入到气体清洁系统16的下部，并将直接来自电化学电池25 的新鲜氧化的阳极电解液的一小股侧线物流加入到塔的上部，这将导 致当气相在塔内上升通过向下流的阳极电解液时，与氧化媒介物质连 续反应；

q.外部排放12，用来向有机化合物脱除系统17和无机化合物脱除 和处理系统15排放，并排放阳极电解液系统；

r.有机化合物回收系统17用于回收：a)良性的并且不需要进一步 处理的生物材料，和b)将以其已经被还原的形式应用并针对此目的被 回收的生物材料；

s.如果在所要处理的生物废物中存在微量以上的卤素或其它形成 沉淀的阴离子，则应用任选的无机化合物脱除和处理系统15，从而避 免形成不稳定含氧化合物(例如高氯酸盐等)；

t.将小型热控制装置21和22连接到流动物流上，从而加热或冷 却阳极电解液至所选的温度范围；

u.阳极电解液利用泵19由膜27的阳极26一侧通过电化学电池25 循环进入反应室5；

v.冲洗18用来冲洗阳极电解液系统；

w.过滤器6位于反应室5的底部，从而限制固体颗粒的粒度为约 1mm直径；

x.在电化学电池25中的膜27分隔电解液的阳极电解液部分和阴 极电解液部分；

y.电化学电池25利用直流电源29供电，而后者通过交流电源30 供电；

z.直流电源29为低电压高电流电源，通常在低于10V直流电下操 作，但不局限于该范围；

aa.交流电源30对于较小的装置来说在典型的110V交流线以下 操作，而对较大装置为240v交流电；

bb.电解液容器边缘由耐受氧化性电解液的材料组成(例如不锈 钢、PTFE、PTFE衬里管、玻璃、陶瓷)；和

cc.电化学电池25与阳极电解液室相连。

16.第10段的设备，其中：

a.阳极电解液回收系统41与阴极电解液泵(43)相连；

b.热控制装置45与阴极电解液贮池相连，用于改变阴极电解液部 分的温度；

c.阴极电解液贮池31与电化学电池的阴极部分相连；

d.阴极电解液的主体存在于阴极电解液贮池31中；

e.电解液的阴极电解液部分流入阴极电解液贮池31；

f.空气喷射器37与阴极电解液贮池相连，用来向阴极电解液贮池 中引入空气；

g.阳极电解液回收系统41用来捕获阴离子，并将阴离子重新加入 到阳极电解液室中，或由阴极电解液处理掉；

h.尾气清洁系统39与阴极电解液贮池相连，用来在将尾气释放到 大气中之前对其进行净化。

i.大气排放口47与尾气清洁系统相连，用来将气体排放入大气中；

j.来自尾气清洁系统39的清洁气体与引入到系统中的空气的未反 应组分组合，并通过大气排放口47排放；

k.在阴极电解液贮池上有一个螺纹盖33，从而有利于冲洗阴极电 解液贮池；

l.混合器35与阴极电解液贮池相连，用来搅拌阴极电解液；

m.阴极电解液泵43与阴极电解液贮池相连，用来循环阴极电解液 返回电化学电池；

n.排放12用于排放阴极电解液；

o.冲洗18用于冲洗阴极电解液系统；

p.空气喷射器37与外罩相连，用于向阴极电解液贮池31中引入 空气；

q.电解液的阴极电解液部分利用泵43由膜27阴极28一侧通过电 化学电池25循环；

r.小型热控制装置45和46与阴极电解液流动物流相连，从而加 热或冷却阴极电解液至所选的温度范围；

s.阴极电解液与氧化气的接触可以应用常规的利用混合器35促进 气/液接触的技术(例如超声波振动48、机械混合35等)而进行强化；

t.在高于正常膜27电流密度(即高于约0.5A/cm2)的条件下操作电 化学电池25，将会提高废物分解速率，而且会导致更多的媒介物离子 通过膜输送至阴极电解液中；

u.任选的阳极电解液回收系统41设置在阴极电解液一侧；

v.应用非硝酸阴极电解液的系统也可能需要空气喷射来稀释和脱 除尾气如氢；

w.部分媒介物氧化剂离子可能通过膜27，并且如果必须通过阳极 电解液回收系统41脱除它们，从而保持过程效率或电池的可操作性， 或它们的经济价值必须对它们进行回收，则这种选择是可用的；

x.在高于正常膜27电流密度(即高于约0.5A/cm2)的条件下操作电 化学电池25，将会提高废物分解速率，因此可以避免扩大电化学电池 25的投资费用；

y.在高于正常膜电流密度(即高于约0.5A/cm2)的条件下操作电化 学电池25，将会提高经济效益。

17.第10段的设备，其中：

a.利用图2 MEO控制器中所描述的MEO控制器，操作员启动MEO 设备(图1)；

b.带有微处理器的控制器49与监视器51和键盘53相连；

c.针对在监视器51上显示的信息，操作员通过键盘53向控制器 49输入命令；

d.控制器49运行一定的程序，所述程序对MEO设备的操作步骤进 行排序；

e.所述程序预先对标准操作的顺序进行程序化，操作员可以遵循 这一标准程序或选择他自己的操作顺序；

f.控制器49在确保安全和可靠操作的限度内允许操作员选择自己 的顺序；

g.控制器49为MEO设备中的各组件输送数字命令，该数字命令调 节电源(AC 30和DC 29)，其中所述MEO设备的各组件有：泵19和43、 混合器7和35、热控制装置21、22、45和46、紫外线源11、超声波 源9和48、CO2排放口14、空气喷射器37、以及电化学电池25；

h.控制器接收来自组件的组件响应和状态；

i.控制器为传感器输送数字命令，从而通过传感器的响应获取传 感器信息；

j.MEO设备中的传感器提供有关各组件状态的数字信息；

k.传感器测量流率59、温度61、pH值63、CO2排放65、氧化程度 67、空气喷射传感器69等；

l.控制器49接收电化学电池上电位的状态信息(伏特计57)，如果 是多电池构造则接收各电池的电位状态信息，并且接收阳极和电池25 内部的参比电极之间的电位信息，以及在每个电池内电极间流动的电 流的信息(安培计55)；

m.确定优选实施方案即MEO系统型号1.0(在图3中所示的MEO系 统型号)的尺寸，从而在医务室或实验室中应用；其它优选实施方案在 外部构造和尺寸方面有区别，但在内部功能和组件方面与图1所描述 的基本相同；

n.图3中的优选实施方案包括由金属或高强度塑料构造的外罩72， 其包围电化学电池25、电解液和带孔篮筐3；

o.通过电源线78向交流电源30提供交流电；

p.在外罩72内结合监视器屏幕51，用来显示有关系统和所要处理 的废物的信息；

q.在外罩72内结合控制键盘53，用来向系统中输入信息；

r.监视器屏幕51和控制键盘53可以与系统相连，而不是将它们 结合到外罩72中；

s.系统具有控制键盘53，用来输入命令和数据；

t.监视器屏幕51用来显示系统操作和功能；

u.用于显示开、关和备用的状态灯73位于键盘53和监视器屏幕 51的下方；

v.在一种优选实施方案中，在外罩72中结合状态灯73，用来显示 有关生物废物材料处理状态的信息；

w.在外罩72中结合空气喷射器37，从而使空气在阴极电解液表面 下方引入到阴极电解液贮池31中；

x.在外罩72中结合CO2排放口14，从而由罩在其内的阳极电解液 反应室排放CO2；

y.在一种优选实施方案中，外罩包括用来清洁MEO废物处理系统 的装置，包括冲洗18和排放12，阳极电解液和阴极电解液将通过这 些装置；

z.该优选实施方案进一步包括大气排放口47，从而有助于气体从 阴极电解液贮池31排放到大气中；

aa.打开铰链盖1，并在室5内的篮筐3中放置生物废物；

bb.盖止动2保持盖的开口受控；

cc.铰链盖1配有锁紧插销76，而该插销由控制器49操作；

dd.在室5中是酸性、碱性或中性盐电解质和媒介物氧化形式的水 溶液，其中媒介物氧化还原偶的氧化形式可以初始存在，或者可以在 向电化学电池25加入废物并应用直流电源30后电化学产生；

ee.当阳极电解液处于在室温、操作温度或某些最优的中间温度 时，加入废物；

ff.直流电源30为电化学电池25提供直流电；

gg.泵19循环电解液的阳极电解液部分，并且生物废物材料在低 于100℃的温度和环境压力下迅速氧化；

hh.在线过滤器6阻止足够大以致堵塞电化学电池25的流路的固 体颗粒流出反应室5；

ii.残余物被中和成盐的形式，并且可以通过无机化合物脱除和处 理系统15和排放出口12定期脱除；

jj.可以通过引入到反应室5和31的相同管道改变电解液；

kk.阴极电解液贮池31具有螺纹盖33(如图1所示)，这使得维修 人员可以进入贮池31进行清洁和维修；

ll.作为一种选择，MEO设备可以在向其中加入整个白天产生的生 物废物的条件下设置为备用模式，并且在非操作时间内，使装置处于 完全运行状态；

mm.所述方法在低温和环境大气压力下操作，并且在生物废物的分 解过程中不产生有毒的化合物，使得该方法具有室内兼容性；

nn.所述系统是可以放大至足以代替医院的焚烧炉系统的装置；

oo.将来自阳极电解液系统A的CO2氧化产物排放出CO2排放口14；

以及

pp.将来自阴极电解液系统B的尾气产物通过图示的大气空气排放 口47排出。

18.第10段的设备，其中：

a.MEO设备包含在外罩72中；

b.由操作员启动控制键盘53上的“ON”按钮(状态铵钮73)而起 动81 MEO系统；

c.包括微处理器的系统控制器49运行控制整个操作顺序82的程 序；

d.监视器屏幕51按适当顺序显示过程步骤；

e.控制面板上的状态灯73提供MEO设备的状态(例如开、关、预 备、备用)；

f.打开盖1，并以液体、固体或液体和固体混合物的形式向篮筐3 中放入83生物废物，然后保留废物的固体部分，而其液体部分通过篮 筐流入阳极电解液；

g.在将废物放入篮筐后，启动锁紧插销76；

h.启动泵19和43，分别开始循环85阳极电解液87和阴极电解液 89；

i.当在整个系统中建立了电解液的循环后，混合器7和35开始操 作91和93；

j.根据废物的特性(例如反应动力学、反应热等)，有可能希望的 是在只有很少或没有为氧化剂形式的媒介物氧化还原偶的条件下，将 废物加入到室温或较冷系统中；

k.在流动已经建立起来后，打开95/97热控制装置21、22、45和 46，开始预定的阳极氧化和电解液加热程序；

l.对电化学电池25供电94(通过电池命令56)至由控制器程序确 定的电位57和电流密度55；

m.通过应用程序化的电源和电解液温度攀升，有可能保持预定的 废物分解速率分布，例如当更具反应性的废物组分被氧化时，导致剩 余废物的反应性越来越弱，因而需要越来越剧烈的氧化条件，从而保 持相对恒定的反应速率；

n.如果在控制器程序中选择了所述选项，则在阳极电解液反应室5 和阴极电解液贮池31中激活99和101超声波9和48以及紫外线系统 11；

o.启动103 CO2排放口14，从而在阳极电解液反应室5中由生物 废物氧化过程释放CO2；

p.在阴极电解液系统中启动105空气喷射器37和大气排放口47；

q.在控制器中(氧化传感器67)通过不同电池电压和电流55、57(例 如断路、阳极对参比电极、离子专用电极等)监控分解过程的进展，同 时监控CO2、CO和O2气体65的组合物的CO2、CO和氧的含量；

r.生物废物分解成水和CO2，并且后者被排出103 CO2排放口14；

s.空气喷射器37向阴极电解液贮池31中引入空气105，并且过量 空气排出大气排放口47；

t.当氧化传感器67确定已经达到所希望的废物分解程度107时， 系统进入备用状态109；以及

u.系统操作员利用控制器键盘53执行系统停车111。

虽然已经参考具体实施方案描述了本发明，但在不偏离本发明范 围的条件下可以对本发明进行改进和变化，而本发明范围在如下的权 利要求中定义。

                     表I简单阴离子氧化还原偶媒介物 族 亚族 元素 价态 物质 具体氧化还原偶 I A 无 B 铜(Cu) +2 Cu+2(二价铜) HCuO2 -(二赤铜矿) CuO2 -2(赤铜矿) +2/+3，+4 +3/+4 +3 Cu+3 CuO2 -(铜酸盐) Cu2O3(三氧化二铜) +4 CuO2(过氧化铜) 银(Ag) +1 Ag+(亚银离子) AgO-(辉银矿) +1/+2，+3 +2/+3 +2 Ag+2(银离子) AgO(氧化银) +3 AgO+(氧银离子) Ag2O3(三氧化二银) 金(Au) +1 Au+(亚金离子) +1/+3，+4 +3/+4 +3 Au+3(金离子) AuO+(氧金根) H3AuO3(金酸) H2AuO3 -(一价金酸根) HAuO3 -2(二价金酸根) AuO3 -3(三价金酸根) Au2O3(氧化金) Au(OH)3(氢氧化金) +4 AuO2(过氧化金) II A 镁(Mg) +2 Mg+2(镁离子) +2/+4 +4 MgO2(过氧化镁) 钙(Ca) +2 Ca+2 +2/+4 +4 CaO2(过氧化钙) 锶(Sr) +2 Sr+2 +2/+4 +4 SrO2(过氧化锶) 钡(Ba) +2 Ba+2 +2/+4 +4 BaO2(过氧化钡) B 锌(Zn) +2 Zn+2(锌离子) ZnOH+(锌羟基(zincyl)) HZnO2 -(锌酸氢根) ZnO2 -2(锌酸根) +2/+4 +4 ZnO2(过氧化锌) 汞(Hg) +2 Hg+2(汞离子) Hg(OH)2(氢氧化汞) HHgO2 -(汞酸氢根) +2/+4 +4 HgO2(过氧化汞)

                            表I-续表 族 亚族 元素 价态 物质 具体氧化还原偶 III  A 硼(B) +3 H3BO3(原硼酸) H2BO3 -、HBO3 -2、BO3 -3(原硼酸根) BO2 -(偏硼酸根) H2B4O7(四硼酸) HB4O7 -/B4O7 -2(四硼酸根) B2O4 -2(二硼酸根) B6O10 -2(六硼酸根) +3/+4.5，+5 +4.5 B2O5 -(二硼酸根) +5 BO3 -/BO2 -旽2O(过硼酸根) 铊 (Tl) +1 Tl+1(一价铊离子) +1/+3或+3.33 +3/+3.33 +3 Tl+3(三价铊离子) TlO+、TlOH+2、Tl(OH)2 +(thallyl) Tl2O3(三氧化二铊) Tl(OH)3(氢氧化铊) +3.33 Tl3O5(过氧化铊)  B 参见稀土和锕系元素 IV  A 碳(C) +4 H2CO3(碳酸) HCO3 -(碳酸氢根) CO3 -2(碳酸根) +4/+5，+6 +5 H2C2O6(高二碳酸) +6 H2CO4(高一碳酸) 锗 (Ge) +4 H2GeO3(锗酸) HGeO3 -(锗酸氢根) GeO3 -2(锗酸根) Ge+4(四价锗离子) GeO4 -4 H2Ge2O5(重锗酸) H2Ge4O9(四锗酸) H2Ge5O11(五锗酸) HGe5O11 -(五锗酸氢根) +4/+6 +6 Ge5O11 -2(五锗酸根) 锡 (Sn) +4 Sn+4(四价锡离子) HSnO3 -(锡酸氢根) SnO3 -2(锡酸根) SnO2(氧化锡) Sn(OH)4(氢氧化锡) +4/+7 +7 SnO4 -(高锡酸根) 铅 (Pb) +2 Pb+2(二价铅离子) HPbO2 -(亚铅酸氢根) PbOH+ PbO2 -2(亚铅酸根) PbO(氧化铅) +2，+2.67，+3/+4 +2.67 Pb3O4(亚铅-高铅氧化物) +3 Pb2O3(三氧化二铅) +4 Pb+4(四价铅离子) PbO3 -2(偏高铅酸根) HPbO3 -(偏高铅酸氢根) PbO4 -4(原高铅酸根) PbO2(二氧化铅)

                               表I-续表 族 亚族 元素 价态 物质 具体氧化还原偶 IV B 钛 +4 TiO+2(氧钛基) HTiO4 -(钛酸氢根) TiO2(二氧化钛) +4/+6 +6 TiO2 +2(高氧钛基) HTiO4 -(高钛酸氢根) TiO4 -2(高钛酸根) TiO3(过氧化钛) 锆(Zr) +4 Zr+4(四价锆离子) ZrO+2(氧锆基) HZrO3 -(锆酸氢根) +4/+5，+6，+7 +5 Zr2O5(五氧化二锆) +6 ZrO3(过氧化锆) +7 Zr2O7(七氧化二锆) 铪(Hf) +4 Hf+4(四价铪离子) HfO+2(氧铪基) +4/+6 +6 HfO3(过氧化铪) V A 氮 +5 HNO3(硝酸) NO3 -(硝酸根) +5/+7 +7 HNO4(高氮酸) 磷(P) +5 H3PO4(原磷酸) H2PO4 -(一价原磷酸根) HPO4 -2(二价原磷酸根) PO4 -3(三价原磷酸根) HPO3(偏磷酸) H4P2O7(焦磷酸) H5P3O10(三磷酸) H6P4O13(四磷酸) +5/+6，+7 +6 H4P2O8(过磷酸) +7 H3PO5(单高磷酸) 砷(As) +5 H3AsO4(原砷酸) H2AsO4 -(一价原砷酸根) HAsO4 -2(二价原砷酸根) AsO4 -3(三价原砷酸根) AsO2 +(氧砷基) +5/+7 +7 AsO3 +(过氧砷基) 铋(Bi) +3 Bi+3(三价铋离子) BiOH+2(羟基铋) BiO+(氧铋基) BiO2 -(偏亚铋酸根) +3/+3.5，+4，+5 +3.5 Bi4O7(氧化铋) +4 Bi2O4(四氧化二铋) +5 BiO3 -(偏铋酸根) Bi2O5(五氧化二铋)

                         表I-续表 族 亚族 元素 价态 物质 具体氧化还原偶 V B 钒(V) (亦参见 POM复杂 阴离子 媒介物) +5 VO2 +(钒的) H3V2O7 -(焦钒酸根) H2VO4 -(原钒酸二氢根) VO3 -(偏钒酸根) HVO4 -2(原钒酸氢根) VO4 -3(原钒酸根) V2O5(五氧化二钒) H4V2O7(焦钒酸) HVO3(偏钒酸) H4V6O17(六钒酸) +5/+7，+9 +7 VO4 -(高钒酸根) +9 VO5 -(超钒酸根) 铌(Nb) (亦参见 POM复杂 阴离子 媒介物) +5 NbO3 -(偏铌酸根) NbO4 -3(原铌酸根) Nb2O5(五氧化二铌) HNbO3(铌酸) +5/+7 +7 NbO4 -(高铌酸根) Nb2O7(七氧化二铌) HNbO4(高铌酸) 钽(Ta) (亦参见 POM复杂 阴离子 媒介物) +5 TaO3 -(偏钽酸根) TaO4 -3(原钽酸根) Ta2O5(五氧化二钽) HTaO3(钽酸) +5/+7 +7 TaO4 -(高钽酸根) Ta2O7(七氧化二钽) HTaO4·H2O(高钽酸) VI A 硫(S) +6 H2SO4(硫酸) HSO4 -(硫酸氢根) SO4 -2(硫酸根) +6/+7，+8 +7 S2O8 -2(二过硫酸根) +8 H2SO5(单过硫酸) 硒(Se) +6 H2Se2O4(硒酸) HSeO4 -(硒酸氢根) SeO4 -2(硒酸根) +6/+7 +7 H2Se2O8(过二硒酸) 碲(Te) +6 H2TeO4(碲酸) HTeO4 -(碲酸氢根) TeO4 -2(碲酸根) +6/+7 +7 H2Te2O8(过二碲酸) 钋(Po) +2 Po+2(二价钋的) +2，+4/+6 +4 PoO3 -2(钋酸根) +6 PoO3(过氧化钋)

                                       表I-续表 族 亚族 元素 价态 物质 具体氧化还原偶 VI B 铬(Cr) +3 Cr+3(三价铬的) CrOH+2，Cr(OH)2 +(铬酰基) CrO2 -，CrO3 -3(亚铬酸根) Cr2O3(三氧化二铬) Cr(OH)3(氢氧化三铬) +3/+4，+6 +4/+6 +4 CrO2(二氧化铬) Cr(OH)4(氢氧化铬) +6 H2CrO4(铬酸) HCrO4 -(铬酸氢根) CrO4 -2(铬酸根) Cr2O7 -2(重铬酸根) 钼(Mo) (亦参见 POM复杂 阴离子媒 介物) +6 HMoO4 -(钼酸氢根) MoO4 -2(钼酸根) MoO3(三氧化钼) H2MoO4(钼酸) +6/+7 +7 MoO4 -(高钼酸) 钨(W)   (亦参见 POM复杂 阴离子媒 介物) +6 WO4 -2(钨酸根) WO3(三氧化钨) H2WO4(钨酸) +6/+8 +8 WO5 -2(高钨酸根) H2WO5(高钨酸) VII A 氯(Cl) -1 Cl-(氯离子) -1/+1，+3，+5，+7 +1/+3，+5，+7 +3/+5，+7 +5/+7 +1 HClO(次氯酸) ClO-(次氯酸根) +3 HClO2(亚氯酸) ClO2 -(亚氯酸根) +5 HClO3(氯酸) ClO3 -(氯酸根) +7 HClO4(高氯酸) ClO4 -，HClO6 -2，ClO5 -3，Cl2O9 -4(高氯酸根) 溴(Br) -1 Br-(溴离子) -1/+1，+3，+5，+7 +1/+3，+5，+7 +3/+5，+7 +5/+7 +1 HBrO(次溴酸) BrO-(次溴酸根) +3 HBrO2(亚溴酸) BrO2 -(亚溴酸根) +5 HBrO3(溴酸) BrO3 -(溴酸根) +7 HBrO4(高溴酸) BrO4 -，HBrO5 -2，BrO5 -3，Br2O9 -4(高溴酸根) 碘(I) -1 I-(碘离子) -1/+1，+3，+5，+7 +1/+3，+5，+7 +3/+5，+7 +5/+7 +1 HIO(次碘酸) IO-(次碘酸根) +3 HIO2(亚碘酸) IO2 -(亚碘酸根) +5 HIO3(碘酸) IO3 -(碘酸根) +7 HIO4(高碘酸) IO4 -，HIO5 -2，IO5 -3，I2O9 -4(高碘酸根)

                                     表I-续表 族 亚族 元素 价态 物质 具体氧化还原偶 VII B 锰(Mn) +2 Mn+2(二价锰离子) HMnO2 -(亚锰酸氢根) +2/+3，+4，+6，+7 +3/+4，+6，+7 +4/+6，+7 +6/+7 +3 Mn+3(三价锰离子) +4 MnO2(二氧化锰) +6 MnO4 -2(锰酸根) +7 MnO4 -(高锰酸根) VIII 第4 周期 铁(Fe) +2 Fe+2(二价铁离子) HFeO2 -(亚铁酸氢根) +2/+3，+4，+5，+6 +3/+4，+5，+6 +4/+5，+6 +5/+6 +3 Fe+3，FeOH+2，Fe(OH)2 +(三价铁) FeO2 -(铁酸根) +4 FeO+2(氧铁基) FeO2 -2(过铁酸根) +5 FeO2 +(过氧铁基) +6 FeO4 -2(高铁酸根) 钴(Co) +2 Co+2(二价钴离子) HCoO2 -(亚钴酸氢根) +2/+3，+4 +3/+4 +3 Co+3(三价钴) Co2O3(三氧化二钴) +4 CoO2(过氧化钴) H2CoO3(钴酸) 镍(Ni) +2 Ni+2(二价镍离子) NiOH+ HNiO2 -(亚镍酸氢根) NiO2 -2(亚镍酸根) +2/+3，+4，+6 +3/+4，+6 +4/+6 +3 Ni+3(三价镍离子) Ni2O3(三氧化二镍) +4 NiO2(过氧化镍) +6 NiO4 -2(镍酸根) 第5 周期 钌(Ru) +2 Ru+2 +2/+3，+4，+5，+6，+7， +8 +3/+4，+5，+6，+7，+8 +4/+5，+6，+7，+8 +5/+6，+7，+8 +6/+7，+8 +7/+8 +3 Ru+3 Ru2O3(三氧化二钌) Ru(OH)3(氢氧化钌) +4 Ru+4(四价钌离子) RuO2(二氧化钌) Ru(OH)4(氢氧化四钌) +5 Ru2O5(五氧化二钌) +6 RuO4 -2(钌酸根) RuO2 +2(氧钌基) RuO3(三氧化钌) +7 RuO4 -(高钌酸根) +8 H2RuO4(超钌酸) HRuO5 -(超钌酸氢根) RuO4(四氧化钌)

                                        表I-续表 族 亚族 元素 价态 种类 具体氧化还原偶 VIII 第5 周期 铑(Rh) +1 Rh+(一价铑离子) +1/+2，+3，+4，+6 +2/+3，+4，+6 +3/+4，+6 +4/+6 +2 Rh+2(二价铑离子) +3 Rh+3(三价铑离子) Rh2O3(三氧化二铑) +4 RhO2(二氧化铑) Rh(OH)4(氢氧化铑) +6 RhO4 -2(铑酸根) RhO3(三氧化铑) 钯(Pd) +2 Pd+2(二价钯离子) PdO2 -2(亚钯酸根) +2/+3，+4，+6 +3/+4，+6 +4/+6 +3 PdO3(三氧化二钯) +4 PdO3 -2(钯酸根) PdO2(二氧化钯) Pd(OH)4(氢氧化钯) +6 PdO3(过氧化钯) 第6 周期 铱(Ir) +3 Ir+3(三价铱离子) Ir2O3(三氧化二铱) Ir(OH)3(氢氧化铱) +3/+4，+6 +4/+6 +4 IrO2(二氧化铱) Ir(OH)4(氢氧化四铱) +6 IrO4 -2(铱酸根) IrO3(过氧化铱) 铂(Pt) +2 Pt+2(二价铂离子) +2，+3/+4，+6 +4/+6 +3 Pt2O3(三氧化二铂) +4 PtO3 -2(铂酸根) PtO+2(铂酰离子) Pt(OH)+3 PtO2(二氧化铂) IIIB 稀土类 铈(Ce) +3 Ce+3(三价铈离子) Ce2O3(三氧化二铈) Ce(OH)3(氢氧化铈) +3/+4，+6 +4/+6 +4 Ce+4，Ce(OH)+3，Ce(OH)2 +2， Ce(OH)3 +(四价铈) CeO2(二氧化铈) +6 CeO3(过氧化铈) 镨(Pr) +3 Pr+3(三价镨离子) Pr2O3(三氧化二镨) Pr(OH)3(氢氧化镨) +3/+4 +4 Pr+4(四价镨离子) PrO2(二氧化镨) 钕(Nd) +3 Nd+3 Nd2O3(三氧化二钕) +3/+4 +4 NdO2(过氧化钕) 铽(Tb) +3 Tb+3 Tb2O3(三氧化二铽) +3/+4 +4 TbO2(过氧化铽)

                                    表I-续表 族 亚族 元素 价态 种类 具体氧化还原偶 IIIB 锕系 钍(Th) +4 Th+4(钍离子) ThO+2(双氧钍离子) HThO3 -(钍酸根) +4/+6 +6 ThO3(三氧化钍) 铀(U) +6 UO2 +2(双氧铀离子) UO3(三氧化铀) +6/+8 +8 HUO5 -，UO5 -2(过铀酸根) UO4(过氧化铀) 镎(Np) +5 NpO2 +(次镎氧离子) Np2O5(五氧化镎) +5/+6，+8 +6/+8 +6 NpO2 +2(镎氧离子) NpO3(三氧化镎) +8 NpO4(过氧化镎) 钚(Pu) +3 Pu+3(次钚离子) +3/+4，+5，+6 +4/+5，+6 +5/+6 +4 Pu+4(钚离子) PuO2(二氧化钚) +5 PuO2 +(次双氧钚根) Pu2O5(五氧化二钚) +6 PuO2 +2(双氧钚根) PuO3(过氧化钚) 镅(Am) +3 Am+3(次镅离子) +3/+4，+5，+6 +4/+5，+6 +5/+6 +4 Am+4(镅离子) AmO2(二氧化镅) Am(OH)4(氢氧化镅) +5 AmO2 +(次双氧镅离子) Am2O5(五氧化二镅) +6 AmO2 +2(双氧镅离子) AmO3(过氧化镅)

                          表II

在杂多阴离子复杂阴离子氧化还原偶媒介物中作为杂原子的元素 族 亚族 元素 I A 锂(Li)、钠(Na)、钾(K)和铯(Cs) B 铜(Cu)、银(Ag)和金(Au) II A 铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba) B 锌(Zn)、镉(Cd)和汞(Hg) III A 硼(B)和铝(Al) B 钪(Sc)和钇(Y)-(参见稀土金属) IV A 碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)和铅(Pb) B 钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf) V A 氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi) B 钒(V)、铌(Nb)和钽(Ta) VI A 硫(S)、硒(Se)和碲(Te) B 铬(Cr)、钼(Mo)和钨(W) VII A 氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I) B 锰(Mn)、锝(Tc)和铼(Re) VIII 第4周期 铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni) 第5周期 钌(Ru)、铑(Rh)和钯(Pd) 第6周期 锇(Os)、铱(Ir)和铂(Pt) IIIB 稀土金属 所有元素