【文章內容簡介】 法： 在給注射器打孔過程中，我遇到一個意想不到的問題，搞的我手忙腳亂。 注射器是圓柱體，表面非常光滑，打孔鉆頭是尖的， 兩者一接觸，就打滑，不好操作。鉆頭高速旋轉時還會有傷到手的危險，而且打出的孔奇形怪狀、分布不均勻。本來我想打孔這種事很簡單，沒想到真正動起手來，才感到“難”。如何才能將孔打得“均勻”，而且操作“快速”呢？想了好幾天，都沒解決。突然有一天，上體育課時的一個小活動引起了我的注意——為了防止舉杠鈴時打滑及受傷，很多同學都把創(chuàng)可貼貼在手上，竟然真的不會滑。一個靈感展現(xiàn)在我頭腦中，那如果我也在注射器針管上貼上一張紙，是不是就解決打滑問題了呢？我趕緊跑到實驗室，一操作，竟然真的成功了！那如何才能均勻的打好孔呢？ 數(shù)學課上學到的知識這次幫到了我，可以根據(jù)幾何圖形來布局??！我根據(jù)注射器外面要貼的紙的尺寸在電腦上畫好“網(wǎng)格”，用打印機打印出來，用不干膠將它固定到注射器上，再來打孔，一下子就打出了規(guī)則、漂亮的孔了。真是事半功倍啊。（2） 以碳氈（6 cm cm，北京卡博賽科技有限公司）作陽極，鈦線作陽極導線；優(yōu)點：以前試過用碳布作陽極，但是發(fā)現(xiàn)用碳布作陽極內阻很大，后來嘗試用碳氈，發(fā)現(xiàn)碳氈由于相對表面積增大，內阻也減小了許多，因此用碳氈做陽極。在選取陽極導線的時候，曾今用過不銹鋼絲等金屬線，發(fā)現(xiàn)時間長了就容易生銹，導致內阻增大或接觸不良，后來選用鈦線作陽極導線，發(fā)現(xiàn)鈦線的抗腐蝕性和導電性都比其他的要好，因此選用鈦線作陽極導線。 材料選擇過程中遇到的問題與克服困難： 陽極導線因為長期浸泡在陽極液中， 所以要選擇既要導電性好又要耐腐蝕的材料，經過多次嘗試后發(fā)現(xiàn)鈦線比較合適。（3）以載MnO2碳布（碳布規(guī)格：7 cm cm，MnO2載量：12 mg/cm2）作陰極，熱壓在陽離子交換膜（8 cm8 cm，浙江千秋環(huán)保水處理有限公司）上制成“二合一”膜陰極組，包裹在20 mL針管上，并用環(huán)氧樹脂膠密封，纏繞鈦線作陰極導線。優(yōu)點： 選擇實驗材料是很困難的過程，特別是對我們這些開展科學研究并不是很深入的人來說。我大約用了二十幾天才選定了實驗材料，進行了大量的調查和研究。在資料調查中，我發(fā)現(xiàn)目前的研究基本上都采用鉑作陰極催化劑，用質子交換膜作陽極室與陰極室的交換膜，但是鉑和質子交換膜的價格昂貴。后來與化學老師、物理老師一起來研究，覺得用MnO2作陰極催化劑，用陽離子交換膜代替質子交換膜，催化效果相差應該不是很大，且MnO2便宜很多。在以前的微生物燃料電池研究過程中，我們研究的單室空氣陰極微生物燃料電池采用陽離子交換膜，也具有質子交換膜的功能，可以取代價格較高的質子交換膜，價格低廉，效果也比較不錯。我認為傳感器不是要求產電效果有多好，而是要求測量效果有多準確。因此選用載載MnO2碳布作陰極，與陽離子交換膜制成“二合一”膜陰極組，能很好的達到這一要求。選擇過程中我遇到的問題：起初以為選材水平越高越好，材料越好做出來的反應器就越靈敏，但很多同學和老師聽了我的介紹后，都覺得如果反應器成本價格太高，那么要批量生產并投入市場就很難了，只有物美價廉的東西才能走俏。所以，選材的時候我盡量采用了價格便宜但功能又差不多的國產材料，盡量做到物美價廉?？諝怅帢O無介體微生物燃料電池的陽極室必須保證一個厭氧環(huán)境，才能讓微生物更好的利用陽極液中的營養(yǎng)物質，因此在制作空氣陰極無介體微生物燃料電池的過程中，必須要保證陽極室能完全密封，為了能讓二合一膜將注射器緊緊的包裹起來，我試了幾種膠水，最后選用環(huán)氧樹脂膠，并且反復粘兩次，才將膜粘到注射器上，達到了進水后不漏水，確保陽極室的密封效果。（4）注射器兩端開口，其上為出水口，其下為進水口。使用方法：在換陽極液的時候，打開進水口和出水口，用20mL注射器從進水口注入20mL陽極液。（5）微生物燃料電池外連電阻，以16通道信號采集器（AD8223，北京瑞博華控制技術有限公司）記錄輸出電壓，每2 min記錄1次。選用的理由：16通道信號采集器的通道較多，價格比較便宜，也是最常用的，學校的物理實驗室很容易找到，不必購買，能達到記錄輸出電壓的要求，因此選用了16通道信號采集器。（6）新型BOD生物傳感器的組裝 在完成好各個部件的制作后，要用導線把各部件連接起來，形成一個回路。界面 人工配水和清洗液的配備與樣品廢水采集為了快速、準確的校定儀器，使得數(shù)據(jù)可靠、準確，我用具有準確比率的多種常見污染物質配備實驗液體。實驗采用的標準溶液為GGA溶液，即：150 mg/L谷氨酸和150 mg/L葡萄糖，15 mg/L KH2PO4，30 mg/L (NH4)2SO4，50 mg/L MgSO47H2O， mg/L CaCl2， mg/L FeCl36H2O， mg/L MnSO4H2O，105 mg/L NaHCO3，10 mL/L 微量元素。10 mL/L 微量元素： g/L氨三乙酸， g/L FeSO47H2O， g/L MnCl24H2O， g/L CoCl26H2O， g/L CaCl22H2O， g/L ZnCl2， g/L CuCl22H2O， g/L H3BO3， g/L鈉鉬酸鹽， g/L Na2SeO3， g/L NiSO46H2O，1 g/L NaCl， g/L Na2WO47H2O。該標準溶液的BOD為200177。10 mg/L，通過稀釋得到不同BOD值的標準溶液，177。，20 ℃冷藏，備用。陽極液每次更換前需通氮氣30 min，去除溶解氧，保持陽極室厭氧環(huán)境。陽極清洗液：不含谷氨酸和葡萄糖的GGA溶液。每次注入前需通氮氣30 min。廢水樣品：采自野外湖泊、靜水池塘、污染嚴重的河涌等，污水采回后，采用傳統(tǒng)5天20 ℃培養(yǎng)法測定BOD5。 微生物培養(yǎng)、馴化 以GGA溶液（177。，BOD值為200 mg/L）為陽極液，以運行1年并正常產電的微生物燃料電池陽極液作為接種物（接種量10%），置于30 ℃人工氣候箱中恒溫培養(yǎng)，外接3000 Ω，在線記錄輸出電壓。當電壓降至30 mV時，向陽極室更換GGA溶液20 mL，經5個周期后，電池的輸出電壓達到穩(wěn)定，認為微生物培養(yǎng)、馴化與電池啟動完畢。微生物馴化中遇到的問題與解決技巧：在微生物馴化過程中，有時候計算機讀數(shù)會變得很低，甚至會出現(xiàn)負數(shù)。當時困擾了我好一段時間，經過仔細的分析，查找問題原因。發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)這種情況的原因主要是線路接觸不良，或者外界影響，比如溫度等。怎么解決呢？檢查一下信號采集器線路，或者斷開反應器一段時間后再接上，儀器又恢復正常了。呵呵，原來是線路連接出了點問題。但有時還是莫名其妙的出問題，怎么回事呢？最后是周老師找到了原因，原來反應器所處的環(huán)境溫度應該保持穩(wěn)定在30℃左右。 好了，問題都搞定了，可以開始我的實驗了！5. 通過與5天培養(yǎng)法對比， 實驗設計 采集同一河流或湖泊的污水，分別采用傳統(tǒng)的5天測量法和自己研制的新型傳感器進行測量，記錄下數(shù)據(jù)，進行對比，發(fā)現(xiàn)新型傳感器的不足并進行改進。 用研制成功的BOD生物傳感器檢測人工配水樣品 測試過程待微生物燃料電池運行穩(wěn)定后，用20 mL陽極清洗液清洗微生物燃料電池陽極室，當輸出電壓降至50 mV時用注射器緩緩注入GGA溶液或廢水樣品20 mL，檢測（2 h）完畢后再次用清洗液清洗，進入第二輪檢測。注入清洗液目的是為了清洗微生物燃料電池陽極室內殘留GGA溶液或樣品廢水，迅速降低輸出電壓，使樣品測定的初始條件一致，減少誤差。 標準曲線繪制 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L和50 mg/L的不同BOD濃度，依次注入微生物燃料電池陽極室，記錄輸出電壓，計算相應電流和電量。I=U/R；Q=It，其中：Q為電量，U為輸出電壓，R為外接電阻。根據(jù)GGA標準溶液的BOD值與其微生物燃料電池輸出電量存在正比例關系，依此建立線性方程。 樣品廢水測定（稀釋10倍、2倍、1倍），用注射器每次取20 mL注入微生物燃料電池陽極室，每個濃度重復檢測3次。根據(jù)輸出電壓計算電量，代入線性方程計算BOD值。 5天培養(yǎng)法測量測量樣品水樣采用5天培養(yǎng)法（20 ℃）測定廢水BOD值，與以微生物燃料電池型BOD傳感器測定值進行比較，確定兩種方法測定結果差異，驗證微生物燃料電池型BOD傳感器的準確性與精確度。5天培養(yǎng)法（20 ℃）也稱標準稀釋法或稀釋接種法。其測定原理是：水樣經稀釋后，在20℃177。1℃條件下培養(yǎng)5天，求出培養(yǎng)前后水樣中溶解氧含量，二者的差值為BOD5。 如果水樣五日生化需氧量未超過7 mg/L，則不必進行稀釋，可直接測定。很多較清潔的河水就屬于這一類水。溶解氧測定方法一般用碘量法5天培養(yǎng)法（20 ℃）具體步驟如下：（1）水樣的預處理： ① ～，可用鹽酸或氫氧化鈉稀溶液調pH值近于7，%。若水樣的酸度或堿度很高，可改用高濃度的堿或酸液進行中和。② 水樣中含有銅、鋅、鉛、鎘、鉻、砷、氰等有毒物質時，可使用經馴化的微生物接種液的稀釋水進行稀釋，或提高稀釋倍數(shù)，降低毒物的濃度。③ 含有少量游離氯的水樣，一般放置1～2h，游離氯即可消失。對于游離氯在短時間不能消散的水樣，可加入亞硫酸鈉溶液，以除去之。其加入量的計算方法是：取中和好的水樣100 mL，加入1:1乙酸10 mL，10%（m/V）碘化鉀溶液1 mL，混勻。以淀粉溶液為指示劑，用亞硫酸鈉標準溶液滴定游離碘。根據(jù)亞硫酸鈉標準溶液消耗的體積及其濃度，計算水樣中所需亞硫酸鈉溶液的量。④ 從水溫較低的水域或富營養(yǎng)化的湖泊采集的水樣，可遇到含有過飽和溶解氧，此時應將水樣迅速升溫至20℃左右，充分振搖，以趕出過飽和的溶解氧。 從水溫較高的水域或廢水排放口取得的水樣，則應迅速使其冷卻至20℃左右，并充分振搖，使與空氣中氧分壓接近平衡。（2）水樣的測定：① 不經稀釋水樣的測定：對于溶解氧含量較高、有機物含量較少的清潔地表水，可不經稀釋，而直接以虹吸法將約20℃的混勻水樣轉移至兩個溶解氧瓶內，轉移過程中應注意不使其產生氣泡。