[发明专利]一种微生物燃料电池毒性传感器及运行方法

权利要求书

1.一种微生物燃料电池毒性传感器的运行方法，其特征在于所述的微生物燃料电池毒性传感器反应装置为双室MFC，中间由阳离子交换膜隔开；阴极室为营养液并曝气，同时阴极室经由蠕动泵与营养液槽连通并构成循环管路；阳极室为重金属废水并，阳极室经由蠕动泵与重金属废水槽连通并构成循环管路；阳极室的阳极材料采用碳刷，碳刷以碳纤维和钛丝为原料拧制而成，阴极室的阴极材料采用碳毡；阴极和阳极通过外加电阻连接在一起，外加电阻的两端连接电压数据采集系统；

包括以下步骤：

(1)自配培养液：阳极采用1.0g/L葡萄糖作为底物，其他组成如下：NaAc 1.64g/L、NH₄Cl1.5g/L、KCl 0.001g/L、CaCl₂ 0.001g/L、MgCl₂ 0.001g/L、Na₂HPO₄ 2.75g/L、KH₂PO₄ 3.0g/L；阴极采用1.0g/L碳酸氢钠为电子接受体，其他组成如下：NaAc 1.64g/L、NH₄Cl 1.5g/L、KCl 0.001g/L、CaCl₂ 0.001g/L、MgCl₂ 0.001g/L、Na₂HPO₄ 2.75g/L、KH₂PO₄ 3.0g/L；阴极和阳极自配培养液现配现用，调节pH为7.0左右，暗处可保存12h；

(2)接种污泥并培养：启动阶段阴极均采用取自水厂好氧活性污泥接种，阳极采用厌氧活性污泥接种，自由沉降后取上清液，接种液采用对应的阳/阴极自配培养液与对应的好/厌氧污泥上清液按体积之比为6:4比例间歇培养，周期为2～3天，一周后电池即可产电，然后换为连续培养，连续培养时培养液完全采用步骤(1)中的对应的自配培养液进行培养；在培养过程中检测外电阻对应的电压；

上述培养期间外接电阻在500～1500Ω之间，外循环速率在0.2～1.5mL/min之间；

(3)建立待测重金属不同标准浓度与抑制率的关系曲线，在此检测期间阴极循环污水不变，阳极循环液为含有不同标准浓度的重金属和1.0g/L葡萄糖溶液，进行循环检测，并计算电量(式1-2)与抑制率(式1-3)，循环和外电压与步骤(2)相同；

电量计算：

式中Q-电量，C；-平均电流，mA；t₁,t₂-检测时间的起始节点和终点)

抑制率计算：

式中R-抑制率，％；Q_s-稳定电量，为步骤(2)未加入待测重金属前检测时间内的电量，C；Q_d-抑制后电量，为加入检测待测重金属后检测时间内的电量，C；稳定电量的检测时间与抑制后电量的检测时间相同，电量的计算中-平均电流，采用A＝U/R的计算方式进行计算；

(4)然后将待测的重金属污水加入到1.0g/L葡萄糖溶液中进行阳极循环，其他与步骤(3)条件相同，进行检测抑制率，从而计算得到待测的重金属污水的浓度。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，外接电阻1000Ω；外循环速率1.0mL/min。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，检测范围的确定：观察抑制率与重金属浓度的关系，抑制率为正的时候确定为铬离子的检出限，抑制率趋于不变时认为阳极室微生物几乎受到了抑制，此时的重金属浓度确定为最大检测浓度，由此确定每种重金属的检测范围。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，待测重金属不同标准浓度与抑制率的关系曲线确定为线性方程：使得检测范围内的抑制率与重金属浓度呈很好打线性关系，由此得到线性方程。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，阳极电极材料采用碳刷，碳刷以碳纤维和钛丝为原料拧制而成，碳刷经丙酮浸泡过夜，取出后置入马弗炉450加热30min；阴极材料采用碳毡，碳毡材料处理方法如下：1)将买到的碳毡剪成立方体后放入用去离子水，然后将碳毡浸没在去离子水中浸泡24小时；将浸泡好的材料用去离子水洗3-5遍后向其中加入盐酸，使液面能够没过材料，用保鲜膜封口后将锥形瓶放入壁橱中让材料浸泡24小时；4)将盐酸浸泡好的材料用去离子水润洗多遍，洗去其表面残余的盐酸，最后再在去离子水中浸泡24小时，然后用去离子水清洗材料。