[發(fā)明專利]構(gòu)建電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感器的毒性預(yù)警系統(tǒng)的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011229352.6
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112432987A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王鑫;廖承美;劉華旺;李楠;李田
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;G01N33/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程小艷

1.構(gòu)建電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感器的毒性預(yù)警系統(tǒng)的方法，其特征在于，電自養(yǎng)采用電自養(yǎng)氧還原生物陰極微生物電解池與雙模塊可切換無線電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)耦合體系，且該體系由預(yù)警毒性物質(zhì)濃度變化的電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感元件和無線電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，主要通過以下步驟實現(xiàn)：

1)用于預(yù)警毒性物質(zhì)濃度變化的電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感元件的構(gòu)建

微生物電解池系統(tǒng)由反應(yīng)器主體和循環(huán)系統(tǒng)組成，反應(yīng)主體由兩個圓柱形內(nèi)部立方體組成的三個電極設(shè)置，兩個立方體用四個螺栓固定在一起，以碳纖維刷、鈦網(wǎng)和Ag/AgCl可切換無線電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制電壓0.5-0.8V馴化生物陰極傳感元件；

循環(huán)系統(tǒng)由曝氣裝置、循環(huán)液儲備瓶、連接管、流量計以及小型水泵組成，反應(yīng)器的兩端分別設(shè)有進(jìn)出水口，通過連接管，控制流量計以15-20mL min^-1的恒定流量通過小型水泵進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)罐外置曝氣裝置以提供電自養(yǎng)微生物生長所需的無機碳源以及陰極反應(yīng)所需的電子受體；

MEC生物陰極的接種源選擇由雙室MFC馴化成熟的電自養(yǎng)氧還原陰極生物膜，將由10-1000Ω外電阻馴化成熟的MFC生物陰極反應(yīng)器收集的生物膜分散在陰極電解液中，并向其添加碳酸氫鈉作為接種源；將工作電極和對電極連接到雙模塊可切換無線電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)馴化電自養(yǎng)陰極生物膜并實時監(jiān)測電自養(yǎng)生物膜的馴化培養(yǎng)狀態(tài)；

2)電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感元件運用于毒性物質(zhì)濃度變化的預(yù)警

甲醛的毒性預(yù)警：在注入甲醛之前，將MEC在200mL陰極電解液中循環(huán)，直到無線電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的基線電流穩(wěn)定超過24h；

然后，將甲醛溶液逐步增加劑量的方式添加到循環(huán)罐中，電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感器在0.5V，0.7V和0.8V時的毒性響應(yīng)濃度分別為200μL，8μL和10μL的甲醛溶液，分別相當(dāng)于0.037％，0.00148％和0.00185％的甲醛濃度；

有機物的響應(yīng)：分別向電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感器中加入濃度為0g/L,20g/L,50g/L和100g/L的葡萄糖溶液，通過無線電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)計算時間-電流曲線的斜率變化，利用該電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感器檢測待測水體的有機物濃度，通過電流的變化，結(jié)合繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，利用公式反推待測水體中的有機物濃度；

二氯甲烷的毒性預(yù)警：在進(jìn)行正式的毒物濃度監(jiān)測前，將二氯甲烷以逐步增加劑量的方式添加到反應(yīng)器中，通過無線電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)確定最低檢出限；

在進(jìn)行梯度注射前，將傳感器在500mL陰極電解液中循環(huán)一段時間，直到基線電流穩(wěn)定超過24h；然后，撤掉循環(huán)液，只以反應(yīng)器中的電解液進(jìn)行循環(huán)流動；

不同濃度的二氯甲烷被加入到平行運行的生物陰極傳感器中，在傳感器中的最終濃度分別為0.05mg/L、0.1mg/L、0.2mg/L、0.4mg/L和0.5mg/L，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；利用該電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感器檢測待測水體的二氯甲烷濃度，通過電流的變化，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線，利用公式反推待測水體中的二氯甲烷濃度；

三氯甲烷的毒性預(yù)警：在進(jìn)行正式的毒物濃度監(jiān)測前，將三氯甲烷以逐步增加劑量的方式添加到反應(yīng)器中，通過無線電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)確定最低檢出限；

在進(jìn)行梯度注射前，將傳感器在500mL陰極電解液中循環(huán)，直到基線電流穩(wěn)定超過24h；

然后，撤掉循環(huán)液，只以反應(yīng)器中的電解液進(jìn)行循環(huán)流動，不同濃度的三氯甲烷被加入到平行運行的生物陰極傳感器中，在傳感器中的最終濃度分別為0.1mg/L、0.3mg/L、0.5mg/L、0.7mg/L和0.9mg/L，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；利用該電自養(yǎng)氧還原生物陰極傳感器檢測待測水體的三氯甲烷濃度，通過電流的變化，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線，利用公式反推待測水體中的三氯甲烷濃度；

二氯甲烷，三氯甲烷混合污染物的毒性預(yù)警：當(dāng)反應(yīng)器在三氯甲烷沖擊完成恢復(fù)后，進(jìn)行了濃度各減半的聯(lián)合沖擊，即設(shè)置的五個濃度分別為0.025mg/L二氯甲烷+0.05mg/L三氯甲烷，0.05mg/L二氯甲烷+0.15mg/L三氯甲烷，0.1mg/L二氯甲烷+0.25mg/L三氯甲烷，0.2mg/L二氯甲烷+0.35mg/L三氯甲烷以及0.25mg/L二氯甲烷+0.45mg/L三氯甲烷，待基線電流保持穩(wěn)定超過24小時后，以同樣的形式進(jìn)行聯(lián)合沖擊毒性反應(yīng)。