[發明專利]一種高錳酸鉀作陰極電子受體構建雙室微生物燃料電池型BOD傳感器的方法

無效

• 申請號: 201310111201.4
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103207230A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 張盼月;田帥;張光明;梁英梅;海冰寒
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;G01N27/327
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于廢水水質監測技術領域，具體涉及一種利用高錳酸鉀做陰極電子受體的雙室微生物燃料電池(Microbial?Fuel?Cells，MFC)型BOD傳感器的構建方法與應用。本發明的MFC型BOD傳感器可應用于較寬范圍的廢水BOD快速檢測，具有較寬的檢測范圍和良好的準確性和穩定性。?

技術背景

近年來，隨著我國工業和城市建設的不斷發展，環境污染問題日益突出，在經濟發展過程中產生的眾多環境污染中，水污染問題尤其嚴重，而有機物又是造成水體污染的一個重要方面。生化需氧量(Biochemical?Oxygen?Demand，BOD)是反映水體中有機物含量的一個綜合性指標。BOD值越高，說明水中有機污染物質越多，污染越嚴重。目前，國內外普遍采用20℃五日生化需氧量(BOD₅)稀釋法作為標準方法，用于檢測水樣BOD值。該方法操作復雜，誤差較大，而且耗時長達5天，無法用于BOD的快速檢測。因此，如何快速準確地測定水體中的BOD一直是水質監測領域內的重要課題。近年來，一些用來測定BOD的新方法相繼出現，主要有檢壓式庫侖計法、短時日法、坪臺值法、微生物電極法、發光細菌法、紫外熒光法以及微生物燃料電池法。?

MFC是一種在某一類特殊的產電微生物作用下，利用酶或者微生物作為陽極催化劑，把廢水中的可降解有機物的化學能轉化成電能的裝置。近年來，MFC用于水體BOD快速監測取得較大進展，人們用富集得到的電化學活性微生物構建了多種類型的MFC反應器，大量研究發現微生物燃料電池的產電量與底物BOD濃度呈現良好的線性關系。到目前為止，基本上所有的MFC型BOD傳感器都以水中的溶解氧或是空氣中的氧氣作為陰極電子受體，其優點是成本低廉、操作簡單，但同時存在著BOD檢測范圍小、響應時間長等缺陷。增大BOD檢測范圍、縮短相應時間、提高MFC系統的檢測穩定是改善MFC性BOD傳感器主要方向，性能良好的BOD快速檢測裝置具有良好的應用前景。?

發明內容

1.發明目的?

本發明的目的在于利用高錳酸鉀作為陰極電子受體提高MFC型BOD傳感器的性能，實現對更寬BOD濃度范圍水樣的快速檢測。高錳酸鉀是一種氧化還原電位較高的氧化劑，將其?引入MFC型BOD傳感器，可以顯著擴大BOD檢測范圍、縮短響應時間并減小誤差。?

2.技術方案?

本發明提供一種利用高錳酸鉀作為陰極電子受體構建雙室MFC型BOD傳感器的方法，具體技術方案如下：?

(1)制作雙室MFC反應器，所用材料為有機玻璃，陽極室和陰極室尺寸均為5cm×5cm×1.2cm，容積為30cm³，中間由Nafion?117質子交換膜隔開。兩個極室各有4個管狀通道，用于溶液進出及導線連接。陰陽極材料均是孔隙率為7％的石墨氈，導線為直徑為0.1cm的鈦絲。將導線與電極相連后再接入外接電阻和萬用表構成完整的閉合電路。萬用表與計算機相連，可連續記錄MFC產生的電流值。?

(2)將葡萄糖溶液、其他微量營養物質及緩沖溶液混合，制成人工廢水(BOD濃度為10-1000mg/L)，作為MFC啟動階段的營養液和BOD檢測階段的待測液。不含葡萄糖和緩沖溶液的人工廢水作為陽極室清洗液。濃度為5-10mmol/L的高錳酸鉀溶液作為陰極室溶液。?

(3)將取自污水處理廠的厭氧污泥與高濃度人工廢水(BOD為1000mg/L)的混合液接種到MFC陽極室，陰極室則加入高錳酸鉀溶液，每天一個周期更換兩個極室內的溶液，每天產生的電流達到穩定后MFC啟動完畢。采用功率密度峰值法測定反應器內阻后調整外阻阻值使其等于內阻，使MFC輸出功率達到最大。?

(4)在檢測階段，陽極室每次注入待測溶液前均用陽極室清洗液清洗3遍，洗掉上一輪殘留的有機物，陰極室每次更換高錳酸鉀溶液前則用去離子水清洗3遍。清洗結束后排出陽極室清洗液，待MFC電流降至10μA左右后，注入新的待測液，記錄MFC電流值，待電流升至峰值又降至峰值的5％后測定完畢，記錄檢測時間，排出陽極室和陰極室內的溶液進行清洗，進入下一輪檢測。?

(5)根據MFC的輸出電流和響應時間，計算出不同廢水BOD濃度對應的MFC產電量C，以產電量C對BOD作圖，進行線性擬合并建立線性方程。?

(6)用此MFC型BOD傳感器檢測BOD未知的待測廢水時，記錄MFC產生的電流和響應時間，計算出產電量C，即可根據已知的線性方程計算出待測廢水的BOD值。?

3.本發明的有益效果?