【文章內(nèi)容簡介】 法： 在給注射器打孔過程中，我遇到一個(gè)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(zhuǎn)時(shí)還會(huì)有傷到手的危險(xiǎn)，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(dòng)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(shí)的一個(gè)小活動(dòng)引起了我的注意——為了防止舉杠鈴時(shí)打滑及受傷，很多同學(xué)都把創(chuàng)可貼貼在手上，竟然真的不會(huì)滑。一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(xué)課上學(xué)到的知識(shí)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(jī)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?xì)郑? cm cm，北京卡博賽科技有限公司）作陽極，鈦線作陽極導(dǎo)線；優(yōu)點(diǎn)：以前試過用碳布作陽極，但是發(fā)現(xiàn)用碳布作陽極內(nèi)阻很大，后來嘗試用碳?xì)?，發(fā)現(xiàn)碳?xì)钟捎谙鄬?duì)表面積增大，內(nèi)阻也減小了許多，因此用碳?xì)肿鲫枠O。在選取陽極導(dǎo)線的時(shí)候，曾今用過不銹鋼絲等金屬線，發(fā)現(xiàn)時(shí)間長了就容易生銹，導(dǎo)致內(nèi)阻增大或接觸不良，后來選用鈦線作陽極導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)鈦線的抗腐蝕性和導(dǎo)電性都比其他的要好，因此選用鈦線作陽極導(dǎo)線。 材料選擇過程中遇到的問題與克服困難： 陽極導(dǎo)線因?yàn)殚L期浸泡在陽極液中， 所以要選擇既要導(dǎo)電性好又要耐腐蝕的材料，經(jīng)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(dǎo)線。優(yōu)點(diǎn)： 選擇實(shí)驗(yàn)材料是很困難的過程，特別是對(duì)我們這些開展科學(xué)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(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行了大量的調(diào)查和研究。在資料調(diào)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(zhì)子交換膜作陽極室與陰極室的交換膜，但是鉑和質(zhì)子交換膜的價(jià)格昂貴。后來與化學(xué)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(zhì)子交換膜，催化效果相差應(yīng)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(zhì)子交換膜的功能，可以取代價(jià)格較高的質(zhì)子交換膜，價(jià)格低廉，效果也比較不錯(cuò)。我認(rèn)為傳感器不是要求產(chǎn)電效果有多好，而是要求測(cè)量效果有多準(zhǔn)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(dá)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(yīng)器就越靈敏，但很多同學(xué)和老師聽了我的介紹后，都覺得如果反應(yīng)器成本價(jià)格太高，那么要批量生產(chǎn)并投入市場(chǎng)就很難了，只有物美價(jià)廉的東西才能走俏。所以，選材的時(shí)候我盡量采用了價(jià)格便宜但功能又差不多的國產(chǎn)材料，盡量做到物美價(jià)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(gè)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(zhì)，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(fù)粘兩次，才將膜粘到注射器上，達(dá)到了進(jìn)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(jìn)水口。使用方法：在換陽極液的時(shí)候，打開進(jìn)水口和出水口，用20mL注射器從進(jìn)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(hào)采集器（AD8223，北京瑞博華控制技術(shù)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(hào)采集器的通道較多，價(jià)格比較便宜，也是最常用的，學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)室很容易找到，不必購買，能達(dá)到記錄輸出電壓的要求，因此選用了16通道信號(hào)采集器。（6）新型BOD生物傳感器的組裝 在完成好各個(gè)部件的制作后，要用導(dǎo)線把各部件連接起來，形成一個(gè)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(zhǔn)確的校定儀器，使得數(shù)據(jù)可靠、準(zhǔn)確，我用具有準(zhǔn)確比率的多種常見污染物質(zhì)配備實(shí)驗(yàn)液體。實(shí)驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液的BOD為200177。10 mg/L，通過稀釋得到不同BOD值的標(biāo)準(zhǔn)溶液，177。，20 ℃冷藏，備用。陽極液每次更換前需通氮?dú)?0 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?dú)?0 min。廢水樣品：采自野外湖泊、靜水池塘、污染嚴(yán)重的河涌等，污水采回后，采用傳統(tǒng)5天20 ℃培養(yǎng)法測(cè)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(yùn)行1年并正常產(chǎn)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(dāng)電壓降至30 mV時(shí)，向陽極室更換GGA溶液20 mL，經(jīng)5個(gè)周期后，電池的輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定，認(rèn)為微生物培養(yǎng)、馴化與電池啟動(dòng)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(shí)候計(jì)算機(jī)讀數(shù)會(huì)變得很低，甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)數(shù)。當(dāng)時(shí)困擾了我好一段時(shí)間，經(jīng)過仔細(xì)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(hào)采集器線路，或者斷開反應(yīng)器一段時(shí)間后再接上，儀器又恢復(fù)正常了。呵呵，原來是線路連接出了點(diǎn)問題。但有時(shí)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(yīng)器所處的環(huán)境溫度應(yīng)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(shí)驗(yàn)了！5. 通過與5天培養(yǎng)法對(duì)比， 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 采集同一河流或湖泊的污水，分別采用傳統(tǒng)的5天測(cè)量法和自己研制的新型傳感器進(jìn)行測(cè)量，記錄下數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)新型傳感器的不足并進(jìn)行改進(jìn)。 用研制成功的BOD生物傳感器檢測(cè)人工配水樣品 測(cè)試過程待微生物燃料電池運(yùn)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(dāng)輸出電壓降至50 mV時(shí)用注射器緩緩注入GGA溶液或廢水樣品20 mL，檢測(cè)（2 h）完畢后再次用清洗液清洗，進(jìn)入第二輪檢測(cè)。注入清洗液目的是為了清洗微生物燃料電池陽極室內(nèi)殘留GGA溶液或樣品廢水，迅速降低輸出電壓，使樣品測(cè)定的初始條件一致，減少誤差。 標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)溶液的BOD值與其微生物燃料電池輸出電量存在正比例關(guān)系，依此建立線性方程。 樣品廢水測(cè)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(gè)濃度重復(fù)檢測(cè)3次。根據(jù)輸出電壓計(jì)算電量，代入線性方程計(jì)算BOD值。 5天培養(yǎng)法測(cè)量測(cè)量樣品水樣采用5天培養(yǎng)法（20 ℃）測(cè)定廢水BOD值，與以微生物燃料電池型BOD傳感器測(cè)定值進(jìn)行比較，確定兩種方法測(cè)定結(jié)果差異，驗(yàn)證微生物燃料電池型BOD傳感器的準(zhǔn)確性與精確度。5天培養(yǎng)法（20 ℃）也稱標(biāo)準(zhǔn)稀釋法或稀釋接種法。其測(cè)定原理是：水樣經(jīng)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(jìn)行稀釋，可直接測(cè)定。很多較清潔的河水就屬于這一類水。溶解氧測(cè)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(yù)處理： ① ～，可用鹽酸或氫氧化鈉稀溶液調(diào)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(jìn)行中和。② 水樣中含有銅、鋅、鉛、鎘、鉻、砷、氰等有毒物質(zhì)時(shí)，可使用經(jīng)馴化的微生物接種液的稀釋水進(jìn)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(duì)于游離氯在短時(shí)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)溶液滴定游離碘。根據(jù)亞硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積及其濃度，計(jì)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(shí)應(yīng)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(yīng)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(cè)定：① 不經(jīng)稀釋水樣的測(cè)定：對(duì)于溶解氧含量較高、有機(jī)物含量較少的清潔地表水，可不經(jīng)稀釋，而直接以虹吸法將約20℃的混勻水樣轉(zhuǎn)移至兩個(gè)溶解氧瓶內(nèi)，轉(zhuǎn)移過程中應(yīng)注意不使其產(chǎn)生氣泡。