基于微生物燃料电池的重金属浓度检测技术的电化学参数选择与优化

发布时间：2017-03-19 01:01

  本文关键词：基于微生物燃料电池的重金属浓度检测技术的电化学参数选择与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来随着经济的不断发展,特别是在工业方面的迅猛发展,使自然界中的水质受到了不同程度的污染,特别是一些重金属(Cu2+、Hg2+、Cd2+以及pb2-等)污染。因此,水体水质的生物毒性预警对应对突发性水体污染事件至关重要。本研究围绕MFC型生物毒性检测器对水质的在线检测展开：探讨了微生物燃料电池型生物毒性检测器对汞离子和镉离子毒性检测指标体系,确定电压、电流、阳极内阻、阳极电容、最大功率密度以及电量中哪些指标更适合用来表征汞离子和镉离子对MFC型毒物传感器的产电抑制效果。分别以汞离子和镉离子为检测目标,研究了汞离子或镉离子对MFC型毒物传感器电压、电流、阳极内阻、阳极电容、最大功率密度和电量的抑制作用。结果表明,在同样浓度的汞离子或镉离子含量下,金属离子对阳极内阻和最大功率密度的抑制率要比对电压和电流的抑制率大；然而,用MFC型毒物传感器的电量和阳极电容来表征不同浓度的汞离子或镉离子对MFC型毒物传感器产电性能的影响是不可行的。对MFC型毒物传感器的电压、电流、阳极内阻、阳极电容、最大功率密度以及电量等的抑制率进行线性拟合,发现阳极内阻和最大功率密度仍然是表征不同浓度的汞离子或镉离子对MFC型毒物传感器产电性能的影响的最佳选择。MFC型毒物传感器对汞离子和镉离子检测均有效,最大功率密度和阳极内阻均是作为检测指标的较佳选择,而电容与电量均不能作为检测指标。从抑制率大小来分析,相同浓度的Cd比Hg产生的抑制率更大,微生物燃料电池型生物毒性预警装置对Cd更加敏感。从抑制率线性拟合结果来分析,不同浓度的Hg抑制率线性拟合得可决系数(R2)比Cd稍高。
【关键词】：微生物燃料电池 生物毒性传感器 在线检测 重金属 除氧剂
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X832;TM911.45
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11
• 1.2 微生物燃料电池工作原理11-12
• 1.3 微生物燃料电池的分类12-13
• 1.3.1 双室MFC和单室MFC12-13
• 1.3.2 间接MFC和直接MFC13
• 1.3.3 纯菌MFC和混菌MFC13
• 1.4 影响MFC产电性能的环境因素13-16
• 1.4.1 溶解氧(DO)对MFC产电性能的影响13-14
• 1.4.2 金属离子对MFC产电性能的影响14-15
• 1.4.3 其他环境因素对MFC产电性能的影响15-16
• 1.5 MFC性能评价指标16-17
• 1.6 微生物燃料电池监测技术17-20
• 1.6.1 MFC型生化需氧量(BOD)传感器17-18
• 1.6.2 MFC型毒物传感器18-19
• 1.6.3 乳酸传感器19
• 1.6.4 溶解氧(DO)传感器19-20
• 1.6.5 微生物数量检测传感器20
• 1.7 课题研究的目的和内容20-23
• 1.7.1 研究目的20-21
• 1.7.2 研究内容21-23
• 第2章 实验材料和表征方法23-30
• 2.1 实验材料23-25
• 2.1.1 主要实验药品和材料23-24
• 2.1.2 实验主要仪器和设备24-25
• 2.2 阳极液与阴极液25
• 2.3 实验主要分析测试方法25-28
• 2.3.1 输出电压的测量25-26
• 2.3.2 电流的测量26
• 2.3.3 内阻和最大功率密度的测量26
• 2.3.4 阳极内阻和阳极电容的测量26-27
• 2.3.5 电量的测量27-28
• 2.4 抑制率计算方法28-30
• 第3章 微生物燃料电池型毒物检测器对汞离子毒性检测指标的研究30-43
• 3.1 MFC型毒物传感器的构建与启动30-31
• 3.1.1 HMFC反应器的构建30-31
• 3.1.2 HMFC反应器的启动31
• 3.2 实验内容31
• 3.3 结果与讨论31-41
• 3.3.1 不同浓度汞离子对MFC型毒物传感器电压(U)的抑制率32-33
• 3.3.2 不同浓度汞离子对MFC型毒物传感器电流(I)的抑制率33-34
• 3.3.3 不同浓度汞离子对MFC型毒物传感器阳极内阻(R_a)和阳极电容(C_a)的抑制率34-37
• 3.3.4 不同浓度汞离子对MFC型毒物传感器最大功率密度的抑制率37-38
• 3.3.5 不同浓度汞离子对MFC型毒物传感器电量的抑制率38-40
• 3.3.6 不同浓度汞离子对MFC型毒物传感器抑制率的线性关系比较40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 微生物燃料电池型毒物检测器对镉离子毒性检测指标的研究43-56
• 4.1 MFC型毒物传感器的构建与启动43
• 4.2 实验内容43-44
• 4.3 结果与讨论44-55
• 4.3.1 不同浓度镉离子对MFC型毒物传感器电压的抑制率44-46
• 4.3.2 不同浓度镉离子对MFC型毒物传感器电流的抑制率46-47
• 4.3.3 不同浓度镉离子对MFC型毒物传感器阳极内阻和阳极电容的抑制率47-50
• 4.3.4 不同浓度镉离子对MFC型毒物传感器最大功率密度的抑制率50-52
• 4.3.5 不同浓度镉离子对MFC型毒物传感器电量的抑制率52-53
• 4.3.6 不同浓度镉离子对MFC型毒物传感器抑制率的线性关系比较53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 不同重金属对MFC型毒物传感器抑制效果的比较56-59
• 5.1 抑制率大小的比较56-57
• 5.2 抑制率线性关系的比较57
• 5.3 本章小结57-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-70
• 附件70-74
• 致谢74-75
• 附录75

【参考文献】

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本文编号：255263