一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，包括一微生物燃料電池，該微生物燃料電池包括一陽(yáng)極、一陽(yáng)極室、一陰極以及一陽(yáng)極微生物膜，所述陽(yáng)極與所述陽(yáng)極室內(nèi)部連通，所述陽(yáng)極微生物膜位于所述陽(yáng)極內(nèi)，所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置具有一進(jìn)水口以及一出水口，所述進(jìn)水口設(shè)置在陽(yáng)極上，使被監(jiān)測(cè)水樣穿透流過(guò)陽(yáng)極；所述出水口設(shè)置在陽(yáng)極室上，用于使被監(jiān)測(cè)水樣流出水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置。本發(fā)明還提供該水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的制備方法，包括：提供一微生物燃料電池預(yù)制體，一接種物以及一陽(yáng)極液；混合所述陽(yáng)極液和接種物形成一混合溶液，對(duì)所述微生物燃料電池預(yù)制體的陰極和陽(yáng)極施加電壓，使所述混合溶液穿透流過(guò)所述陽(yáng)極，在所述陽(yáng)極內(nèi)部生長(zhǎng)陽(yáng)極微生物膜，直至輸出電流穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】_種水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微生物燃料電池原理的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝 置及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水質(zhì)檢測(cè)對(duì)于保障飲用水質(zhì)安全和污水處理廠的正常運(yùn)行都十分重要。生物傳 感器因?yàn)榭梢詸z測(cè)復(fù)雜環(huán)境水體中污染物的綜合毒性而受到廣泛關(guān)注。微生物燃料電池 (MicrobialFuelCell,簡(jiǎn)稱MFC)依賴于陽(yáng)極微生物催化降解水體中的有機(jī)物產(chǎn)生電流。 當(dāng)陽(yáng)極微生物暴露于存在毒性物質(zhì)的水體中時(shí)，其催化能力會(huì)受到抑制，從而使輸出電流 減小。與依賴于其它指示生物，如魚(yú)、蚤和光合菌等不同。基于微生物燃料電池原理的水質(zhì) 監(jiān)測(cè)裝置無(wú)需轉(zhuǎn)換器便可直接輸出電信號(hào)；水體中的有機(jī)物可以作為傳感器連續(xù)工作的能 源動(dòng)力，有利于連續(xù)在線監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。
[0003] 現(xiàn)有的基于微生物燃料電池原理的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置中，含有接種物的陽(yáng)極液一般不 是連續(xù)穿透陽(yáng)極的，陽(yáng)極微生物膜比較厚，一般為20Mm到50Mm，不利于底物傳質(zhì)和毒物傳 質(zhì)等的傳質(zhì)過(guò)程，導(dǎo)致陽(yáng)極微生物膜對(duì)毒物的抗性比懸浮微生物高1至2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，進(jìn) 而使得水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的響應(yīng)靈敏度較低。雖然現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)加快被監(jiān)測(cè)水樣的攪拌速度 或增加被監(jiān)測(cè)水樣流速來(lái)提高靈敏度，然而該方法提高靈敏度的作用非常有限。另外，現(xiàn)有 的基于微生物燃料電池原理的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置中，被監(jiān)測(cè)水樣不能連續(xù)進(jìn)入和流出水質(zhì)監(jiān)測(cè) 裝置，不利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種基于微生物燃料電池原理的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置及其制備 方法，該水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的陽(yáng)極微生物膜比較薄，且被監(jiān)測(cè)水樣能夠連續(xù)的進(jìn)入和流出該水 質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置。
[0005] 一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，包括一微生物燃料電池，該微生物燃料電池包括一陽(yáng)極、一陽(yáng) 極室、一陰極以及一陽(yáng)極微生物膜，所述陽(yáng)極與所述陽(yáng)極室內(nèi)部連通，所述陽(yáng)極微生物膜設(shè) 置于所述陽(yáng)極內(nèi)，所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置具有一進(jìn)水口以及一出水口，所述進(jìn)水口設(shè)置在所述 陽(yáng)極上，使得被監(jiān)測(cè)水樣穿透流過(guò)所述陽(yáng)極；所述出水口設(shè)置在所述陽(yáng)極室上，用于使被監(jiān) 測(cè)水樣流出所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置。
[0006] 一種所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的制備方法，包括以下步驟：提供一微生物燃料電池預(yù)制 體，所述微生物燃料電池預(yù)制體包括一陽(yáng)極、一陽(yáng)極室、以及一陰極；提供一接種物與一陽(yáng) 極液，混合所述陽(yáng)極液和接種物形成一混合溶液，以及對(duì)所述微生物燃料電池預(yù)制體的陰 極和陽(yáng)極施加電壓，并進(jìn)行微生物的馴化，所述微生物的馴化步驟包括使所述混合溶液穿 透流過(guò)所述陽(yáng)極，在所述陽(yáng)極內(nèi)部生長(zhǎng)陽(yáng)極微生物膜，直至輸出電流穩(wěn)定。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)在陽(yáng)極的一側(cè)設(shè)置一進(jìn)水 口，使被監(jiān)測(cè)水樣以及混合有接種物的陽(yáng)極液連續(xù)穿透流過(guò)所述陽(yáng)極，通過(guò)控制所述混合 有接種物的陽(yáng)極液的流速，使水流剪切力適度，有利于在整個(gè)陽(yáng)極中形成均勻，厚度偏薄的 陽(yáng)極微生物膜，從而達(dá)到優(yōu)化微生物膜結(jié)構(gòu)的效果?；旌嫌薪臃N物的陽(yáng)極液或被監(jiān)測(cè)水樣 穿透流過(guò)所述陽(yáng)極的運(yùn)行方式還有利于促進(jìn)傳質(zhì)過(guò)程，包括底物和毒物的傳質(zhì)。通過(guò)優(yōu)化 陽(yáng)極微生物膜結(jié)構(gòu)和促進(jìn)傳質(zhì)過(guò)程，本發(fā)明提供的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置具有較高的靈敏度。另外， 在陽(yáng)極室設(shè)置至少一個(gè)出水孔，所述進(jìn)水口和出水孔可以使被監(jiān)測(cè)水樣連續(xù)進(jìn)入和流出水 質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是本發(fā)明提供的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置中微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖2是本發(fā)明提供的被監(jiān)測(cè)水樣的流速變化對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的輸出電流的影響 圖。
[0010] 圖3是本發(fā)明提供的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置在監(jiān)測(cè)水質(zhì)過(guò)程中輸出電流的變化情況。
[0011] 圖4是本發(fā)明提供的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置中陽(yáng)極微生物膜的掃描電鏡照片。
[0012] 圖5是本發(fā)明提供的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置中陽(yáng)極微生物膜的另一掃描電鏡照片。
[0013] 主要元件符號(hào)說(shuō)明

【權(quán)利要求】
1. 一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，包括一微生物燃料電池，該微生物燃料電池包括一陽(yáng)極、一陽(yáng)極 室、一陰極以及一陽(yáng)極微生物膜，其特征在于，所述陽(yáng)極與所述陽(yáng)極室內(nèi)部連通，所述陽(yáng)極 微生物膜設(shè)置于所述陽(yáng)極內(nèi)，所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置具有一進(jìn)水口以及一出水口，所述進(jìn)水口 設(shè)置在所述陽(yáng)極上，使得被監(jiān)測(cè)水樣穿透流過(guò)所述陽(yáng)極；所述出水口設(shè)置在所述陽(yáng)極室上， 用于使被監(jiān)測(cè)水樣流出所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極設(shè)置在陽(yáng)極室外部并與 所述陽(yáng)極室內(nèi)部連通。
3. 如權(quán)利要求2所述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述出水孔設(shè)置在所述陽(yáng)極遠(yuǎn)離 所述陽(yáng)極室的一側(cè)。
4. 如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極微生物膜的厚度大于等 于0. 5Mm且小于等于5Mm。
5. 如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極為一多孔三維結(jié)構(gòu)，所述 陽(yáng)極微生物膜均勻附著在所述陽(yáng)極內(nèi)部。
6. 如權(quán)利要求5所述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極的厚度大于等于1_且小 于等于10mm 〇
7. 如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述進(jìn)水口的橫截面積與所述陽(yáng) 極的橫截面積之比為1:1~1:10。
8. 如權(quán)利要求1?7任意一項(xiàng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的制備方法，包括以下步驟： 提供一微生物燃料電池預(yù)制體，所述微生物燃料電池預(yù)制體包括一陽(yáng)極、一陽(yáng)極室、以 及一陰極； 提供一接種物與一陽(yáng)極液，混合所述陽(yáng)極液和接種物形成一混合溶液，以及 對(duì)所述微生物燃料電池預(yù)制體的陰極和陽(yáng)極施加電壓，并進(jìn)行微生物的馴化，所述微 生物的馴化步驟包括使所述混合溶液穿透流過(guò)所述陽(yáng)極，在所述陽(yáng)極內(nèi)部生長(zhǎng)陽(yáng)極微生物 膜，直至輸出電流穩(wěn)定。
9. 如權(quán)利要求8所述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的制備方法，其特征在于，所述混合溶液穿透流 過(guò)所述陽(yáng)極的流速大于等于〇. lml/min且小于等于5ml/min。
10. 如權(quán)利要求9所述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的制備方法，其特征在于，所述混合溶液穿透 流過(guò)所述陽(yáng)極的流速為2. 8ml/min，在所述陽(yáng)極內(nèi)部生長(zhǎng)陽(yáng)極微生物膜的厚度大于等于 0. 5Mm且小于等于5Mm。
【文檔編號(hào)】G01N27/403GK104458862SQ201410716689
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】梁鵬, 蔣永, 陳熹, 黃霞 申請(qǐng)人:清華大學(xué)