[發(fā)明專利]一種微生物燃料電池毒性傳感器及運行方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611045546.4
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN107045012B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 海熱提·吐爾遜;高艷梅;王曉慧;李媛;劉睿;謝濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學;中科宇圖（北京）資源環(huán)境科學研究有限公司
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;G01N33/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種微生物燃料電池毒性傳感器的運行方法，其特征在于所述的微生物燃料電池毒性傳感器反應(yīng)裝置為雙室MFC，中間由陽離子交換膜隔開；陰極室為營養(yǎng)液并曝氣，同時陰極室經(jīng)由蠕動泵與營養(yǎng)液槽連通并構(gòu)成循環(huán)管路；陽極室為重金屬廢水并，陽極室經(jīng)由蠕動泵與重金屬廢水槽連通并構(gòu)成循環(huán)管路；陽極室的陽極材料采用碳刷，碳刷以碳纖維和鈦絲為原料擰制而成，陰極室的陰極材料采用碳氈；陰極和陽極通過外加電阻連接在一起，外加電阻的兩端連接電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

包括以下步驟：

(1)自配培養(yǎng)液：陽極采用1.0g/L葡萄糖作為底物，其他組成如下：NaAc 1.64g/L、NH₄Cl1.5g/L、KCl 0.001g/L、CaCl₂ 0.001g/L、MgCl₂ 0.001g/L、Na₂HPO₄ 2.75g/L、KH₂PO₄ 3.0g/L；陰極采用1.0g/L碳酸氫鈉為電子接受體，其他組成如下：NaAc 1.64g/L、NH₄Cl 1.5g/L、KCl 0.001g/L、CaCl₂ 0.001g/L、MgCl₂ 0.001g/L、Na₂HPO₄ 2.75g/L、KH₂PO₄ 3.0g/L；陰極和陽極自配培養(yǎng)液現(xiàn)配現(xiàn)用，調(diào)節(jié)pH為7.0左右，暗處可保存12h；

(2)接種污泥并培養(yǎng)：啟動階段陰極均采用取自水廠好氧活性污泥接種，陽極采用厭氧活性污泥接種，自由沉降后取上清液，接種液采用對應(yīng)的陽/陰極自配培養(yǎng)液與對應(yīng)的好/厭氧污泥上清液按體積之比為6:4比例間歇培養(yǎng)，周期為2～3天，一周后電池即可產(chǎn)電，然后換為連續(xù)培養(yǎng)，連續(xù)培養(yǎng)時培養(yǎng)液完全采用步驟(1)中的對應(yīng)的自配培養(yǎng)液進行培養(yǎng)；在培養(yǎng)過程中檢測外電阻對應(yīng)的電壓；

上述培養(yǎng)期間外接電阻在500～1500Ω之間，外循環(huán)速率在0.2～1.5mL/min之間；

(3)建立待測重金屬不同標準濃度與抑制率的關(guān)系曲線，在此檢測期間陰極循環(huán)污水不變，陽極循環(huán)液為含有不同標準濃度的重金屬和1.0g/L葡萄糖溶液，進行循環(huán)檢測，并計算電量(式1-2)與抑制率(式1-3)，循環(huán)和外電壓與步驟(2)相同；

電量計算：

式中Q-電量，C；-平均電流，mA；t₁,t₂-檢測時間的起始節(jié)點和終點)

抑制率計算：

式中R-抑制率，％；Q_s-穩(wěn)定電量，為步驟(2)未加入待測重金屬前檢測時間內(nèi)的電量，C；Q_d-抑制后電量，為加入檢測待測重金屬后檢測時間內(nèi)的電量，C；穩(wěn)定電量的檢測時間與抑制后電量的檢測時間相同，電量的計算中-平均電流，采用A＝U/R的計算方式進行計算；

(4)然后將待測的重金屬污水加入到1.0g/L葡萄糖溶液中進行陽極循環(huán)，其他與步驟(3)條件相同，進行檢測抑制率，從而計算得到待測的重金屬污水的濃度。

2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，外接電阻1000Ω；外循環(huán)速率1.0mL/min。

3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，檢測范圍的確定：觀察抑制率與重金屬濃度的關(guān)系，抑制率為正的時候確定為鉻離子的檢出限，抑制率趨于不變時認為陽極室微生物幾乎受到了抑制，此時的重金屬濃度確定為最大檢測濃度，由此確定每種重金屬的檢測范圍。

4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，待測重金屬不同標準濃度與抑制率的關(guān)系曲線確定為線性方程：使得檢測范圍內(nèi)的抑制率與重金屬濃度呈很好打線性關(guān)系，由此得到線性方程。

5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，陽極電極材料采用碳刷，碳刷以碳纖維和鈦絲為原料擰制而成，碳刷經(jīng)丙酮浸泡過夜，取出后置入馬弗爐450加熱30min；陰極材料采用碳氈，碳氈材料處理方法如下：1)將買到的碳氈剪成立方體后放入用去離子水，然后將碳氈浸沒在去離子水中浸泡24小時；將浸泡好的材料用去離子水洗3-5遍后向其中加入鹽酸，使液面能夠沒過材料，用保鮮膜封口后將錐形瓶放入壁櫥中讓材料浸泡24小時；4)將鹽酸浸泡好的材料用去離子水潤洗多遍，洗去其表面殘余的鹽酸，最后再在去離子水中浸泡24小時，然后用去離子水清洗材料。