15214.基于活性炭空氣陰極的mfc型低成本bod傳感器的研究

1、基于活性炭空氣陰極的基于活性炭空氣陰極的MFC型低成本型低成本BOD傳感器的研究傳感器的研究StudyonLowCostBODSenssBasingonActivatedCarbon–AirCathodeMicrobialFuelCell學(xué)科專業(yè)：環(huán)境科學(xué)研究生：王梅玉指導(dǎo)教師：劉憲華副教授天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二零一五年十二月I摘要生化需氧量（biochemicaloxygendem，BOD）是一種檢測(cè)水體中可生物降解物質(zhì)的方法，

2、是污水處理廠設(shè)計(jì)、監(jiān)控及水體污染監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)測(cè)定水樣BOD值的方法需要花費(fèi)5~7天的時(shí)間，測(cè)定周期長(zhǎng)，不能及時(shí)反映排放水的污染程度。微生物燃料電池（microbialfuelcells，MFCs）是一種檢測(cè)水樣中BOD值的新方法，它基于產(chǎn)電微生物的產(chǎn)電呼吸代謝機(jī)制，將可降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電流。在一定條件下，電池產(chǎn)生的電流或電荷與有機(jī)污染物的濃度之間呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。但目前已報(bào)道的MFC型BOD傳感器存在一些缺點(diǎn)，如電極催化劑使用貴

3、金屬材料；結(jié)構(gòu)上采用昂貴的質(zhì)子交換膜；陰極需要連續(xù)曝氣等。本文開發(fā)了一種基于活性炭空氣陰極的單室MFC型低成本BOD傳感器裝置。該裝置MFC型BOD傳感器不需要貴金屬催化劑、質(zhì)子交換膜、電子介體或者曝氧裝置，能直接把可生物降解的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。這種單室MFC型BOD傳感器，以輥壓燒結(jié)的活性炭聚四氟乙烯（PTFE）作為空氣陰極，以碳?xì)肿鳛殛枠O。利用1gL的乙酸鈉溶液為燃料，活性污泥為接種液，在外接電阻為1KΩ、30℃恒溫培養(yǎng)箱的條件下馴

4、化啟動(dòng)的燃料電池，最大功率密度為420mWm2，最大開路電壓為550mV，最大電流密度為2.03mAcm2。利用這種MFC型BOD傳感器以不同BOD濃度的富氧乙酸鈉溶液校準(zhǔn)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為50h，底物BOD濃度在80mgL~1280mgL范圍內(nèi)與電荷量呈良好的線性關(guān)系（R2=0.99）。以乙酸鈉作為燃料啟動(dòng)的MFC型BOD傳感器測(cè)試不同的底物（葡萄糖谷氨酸鈉（GGA）溶液和乙醇溶液）實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：以GGA溶液為底物，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為70h時(shí)，

5、底物BOD濃度在80mgL~1000mgL范圍內(nèi)與電荷量呈線性關(guān)系（R2=0.98）。以乙醇溶液為底物，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為60h時(shí)，底物BOD濃度在80mgL~320mgL范圍內(nèi)與電荷量呈線性關(guān)系（R2=0.98）。這說明以乙酸鈉溶液培養(yǎng)的傳感器能夠適應(yīng)不同的有機(jī)質(zhì)（GGA和乙醇）作為底物。另外，本文通過更換不同阻值的外接電阻，探討了該BOD傳感器的測(cè)量范圍以及反應(yīng)時(shí)間與外接電阻大小的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明：延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間、增加外接電阻阻值，測(cè)量范圍會(huì)