長(zhǎng)周期光纖光柵鐵離子濃度傳感器的制備及其在MFC中的應(yīng)用研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)是微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，也是解決環(huán)境污染、開(kāi)發(fā)新型清潔能源的新技術(shù)。它在產(chǎn)電的同時(shí)還能用于廢水處理、去除硫化氫、產(chǎn)氫和地下水修復(fù)等。與傳統(tǒng)的廢水處理工藝相比，MFC產(chǎn)泥量少、無(wú)甲烷產(chǎn)生，但產(chǎn)電功率密度低，影響MFC的發(fā)展，通常還比氫氧燃料電池少3-4個(gè)數(shù)量等級(jí)。為提高 MFC的產(chǎn)電功率和廢水處理及降低成本，本文系統(tǒng)地研究分析了MFC內(nèi)參與生化反應(yīng)過(guò)程的電極臨近區(qū)域Fe3+的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。

2、>　　光纖傳感技術(shù)是以光纖光柵作為傳感單元的新型傳感器，本文采用靜電層層自組裝技術(shù)對(duì) LPFG的傳感部位自組裝高分子聚合物[PDDA/PAA]20敏感膜代替光纖包層，并在敏感膜中加入鐵離子指示劑磺基水楊酸，通過(guò)分析敏感膜的厚度，指示劑的含量對(duì)傳輸光譜及傳輸光強(qiáng)的影響。響應(yīng)測(cè)試了 MFC陽(yáng)極室內(nèi)的 Fe3+濃度，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：
　　(1)用光譜儀測(cè)試修飾了敏感膜的光纖傳感器的傳輸光譜，發(fā)現(xiàn)光譜傳輸能力增強(qiáng)，且傳感器吸收峰的最大吸光度與光

3、纖表面的鍍膜層數(shù)呈線(xiàn)性減弱關(guān)系，證實(shí)了鍍膜過(guò)程分子是逐層交替沉積的。
　　(2)用電鏡掃描儀器對(duì)鍍了[PDDA/PAA]20膜后的光纖表面進(jìn)行微觀(guān)觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)其外觀(guān)形貌完整、表面均勻?？梢杂脕?lái)作為Fe3+指示劑的載體。
　　(3)添加了0.5％的磺基水楊酸指示劑后對(duì)不同濃度的鐵離子溶液的光強(qiáng)變化基本呈線(xiàn)性關(guān)系。即該自組裝敏感膜對(duì)液相狀態(tài)下的鐵離子具有較好的光學(xué)響應(yīng)能力，能夠作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)MFC陽(yáng)極界面基質(zhì)不同組分的化合物含量變化

4、的傳感器。
　　(4)用EDTA測(cè)試了光纖傳感器的可重復(fù)使用性，發(fā)現(xiàn)加入脫附鐵離子的EDTA后紅移了2.54nm的光譜會(huì)再藍(lán)移2.5nm回到原來(lái)的中心波長(zhǎng)，說(shuō)明光纖傳感器與液相狀態(tài)下的Fe3+反應(yīng)形成了穩(wěn)定的水溶性絡(luò)合物，因此，此傳LPFG-FBG感器能夠重復(fù)多次使用。
　　模擬 MFC產(chǎn)電過(guò)程發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)使反應(yīng)室內(nèi)的溫度和離子濃度發(fā)生改變，影響產(chǎn)電功率的同時(shí)也影響傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性。因此為了消除在測(cè)量過(guò)程中的溫度交叉