微生物燃料電池逆向探究-資料下載頁
2025-04-07 03:31本頁面
【正文】 。然后依次將廢水注入反應器中，同樣每次注入20mL。根據計算機讀數代入線性方程，得出廢水的BOD值。6．3 結果對比表2 實際水樣的測定結果（傳感器測定值與BOD5值對照）綜上所述，完全可以利用我們所研制的微生物燃料電池型BOD傳感器來檢測實際水樣，它省時省力，可以達到快速、在線檢測的功效。6．4 對比結果分析得出的結論用GGA溶液作標準溶液制作標準曲線（圖39）。由圖可知，在標準溶液BOD濃度為5 mg/L~50 mg/L時，傳感器檢測的結果與BOD5顯著相關（R2=），并且此BOD濃度范圍內，電壓記錄的波形重現性好。以BOD濃度為30 mg/L的GGA溶液作為標準溶液，測定傳感器的檢出限和精確度， mg/L，%。取6種廢水樣品稀釋不同濃度后進行測定，并同時取相應水樣用5天20 ℃培養(yǎng)法測定BOD5值，測定結果見表2。從測定結果可以看出，傳感器測定值與5天20 ℃培養(yǎng)法測定得的BOD5值有很好的相關性，在傳感器測量線性范圍內（BOD值5 mg/L~50 mg/L），相對誤差均在4%以內，超出線性范圍，則相對誤差增大，最佳測定范圍為BOD濃度20 mg/L~40 mg/L。綜上所述，以廉價MnO2代替金屬鉑做陰極催化劑，陽離子交換膜代替昂貴質子交換膜的單室微生物燃料電池型BOD傳感器，制作成本大大降低，可以用于實際水樣的BOD檢測， mg/L，BOD測定范圍為5 mg/L~50 mg/L，與5天培養(yǎng)法（20 ℃）%以內。今后的研究重點是如何維持微生物燃料電池傳感器的長期穩(wěn)定性，達到BOD的現場在線監(jiān)測的目的。7．最終改進、優(yōu)化的設計圖 經過上百次的實驗與研究，通過對實驗數據的分析，最終確定了如下的新型BOD傳感器檢測污水的儀器圖，以便于進行產業(yè)化生產和推廣使用：圖40 單室微生物燃料電池型BOD傳感器結構設計圖（1） 陽極室的規(guī)格與材料要求 陽極室體積20mL，陽極材料為碳氈，碳氈大小為6cm*，用鈦線作陽極導線。（2） 陰極的規(guī)格與材料要求 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。（3） 連接時注意的問題連接導線事先用萬用表測量內阻，保證鏈接導線電阻小于1Ω，在與信號采集器接通時注意不要與其他通道碰到一起，引起計算機讀數出現錯誤。8. 結論（1）基于微生物燃料電池原理，構建新型、代成本、單室BOD生物傳感器，實現了BOD的在線、自動快速檢測。（2）以廉價MnO2代替貴金屬Pt做陰極催化劑，國產低成本陽離子交換膜代替昂貴的進口質子交換膜，構建了單室微生物燃料電池型BOD傳感器，大大地降低了制作成本，簡化了操作，提高了BOD傳感器的實用性。（3）獲得了適宜的BOD檢測參數：，外接電阻12 kΩ，檢測時間2 h，清洗時間2 min~10 min。（4） mg/L，%，BOD測定范圍為5~50 mg/L。實際水樣檢測結果顯示，與5天培養(yǎng)法（20 ℃）%以內。9. 本研究創(chuàng)新點（1）對微生物燃料電池產電原理進行了逆向應用，提出了用微生物燃料電池檢測水污染程度的新思路，設計并制造了新型單室BOD生物傳感器，它突破了傳統(tǒng)5日培養(yǎng)法測定BOD費時、費力、操作復雜、不能實現在線監(jiān)測的技術瓶頸。（2）與傳統(tǒng)雙室型BOD傳感器的相比，單室型微生物燃料電池反應器作為BOD傳感器的核心部件的研究，用國產低成本離子交換膜代替質子交換膜，用廉價錳氧化物代替鉑作陰極催化劑，既降低了傳感器制作成本，又有利于實現污水檢測簡潔、實用的要求。10. 下階段研究設想（1）如何提高該BOD生物傳感器的運行穩(wěn)定性，以及對野外各種實際廢水的檢測效果；（2）擴大該BOD生物傳感器的應用范圍，即除了用于廢水BOD在線監(jiān)測以外，還考察其是否可用于廢水、底泥、土壤樣品的生物毒性檢測；（3）在污水處理廠的實際、長期運行。研究后記微生物燃料電池技術與生物傳感器研制是兩個國內外熱門、前沿的研究領域。這次研究經歷使我與前沿科技親密地了一回，實時感受了“科學技術轉化為生產力”的魅力。同時，我的研究能力得到了提高，學會了從多角度思考問題的方法。而在研究中的各種實驗使我在課堂中所學的知識得以運用和鞏固?？偠灾?，通過這次研究，我的各種能力都得到了提升。 感謝廣東實驗中學石樂義、劉忠毅老師對我的悉心指導，引導我走上了科學研究的道路，并在生活上、學習上給與我大力幫助。在研究過程中，我不僅學到了科學研究的方法，還學到了做人、做事，學會了在困難面前不低頭，勇于接受挑戰(zhàn)的良好品格。 感謝廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所周順桂博士給予的校外指導以及該研究所提供的相關實驗設備。周博士犧牲了很多時間來指導我完成實驗研究，這種無私奉獻，勇于承擔社會責任的精神深深地影響著我。 感謝我的父母，他們犧牲休息時間來幫我完成項目，使我有持久的動力和戰(zhàn)勝困難的決心。 參考文獻[1] 王建龍, 章一心. 生物傳感器BOD快速測定儀的研究進展[J]. 環(huán)境科學學報, 2007, 27(7): 1066~1082.[2] Kim M, Youn S M, Sung H S, et al. Practical field application of a novel BOD monitoring system[J]. J. Environ. Monit., 2003(5):640~643.[3] Karube I, Matsunga T, Mitsuda S, et al. Microbial electrode BOD sensors. Biotechnol. Bioeng. (1977) 19: 1535~1547.[4] 陳德華, 黃元峰. 微生物傳感器快速測定法在生化需氧量測定中的應用[J]. 學術交流. 2007(6):102~103.[5] Byung H K, Chang I S, Moon H. Microbial fuel celltype biochemical oxygen demand sensor [M]. Encyclopedia of sensors, 2006:112.[6] 張銑, 劉毓谷. 毒理學[M]. 北京:北京醫(yī)科大學出版社. 1997．[7] 連靜, 馮雅麗, 李浩然. 微生物燃料電池的研究進展[J].,6(2):334~338.[8] Stauart W, Jason K, Shawn A. Optimizing Biofuel Cell Performance Using a Targeted Mixed Mediator Combination[J]. Electoanalysis,2006(19~20)：2001~2007.[9] 詹亞力,王琴,張佩佩等，微生物燃料電池影響因素及作用機理探討[J]., 29(1):144~148.[10] 盧娜, 周順桂, [J].化學進展. 2008, 20(7/8):1233~1240. 附件：原始數據(部分)附件1. 極化曲線測定數據3 / 37附件2. 檢測時間對BOD傳感器檢測效果影響的數據反應器記錄通道：8號；注入20mlBOD5標液（）, 外接電阻12k歐
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