微生物燃料電池產(chǎn)電特性及其在傳感中的應(yīng)用研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)作為一種新型生物傳感器，在環(huán)境、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。由于MFC生物傳感器的傳感特性與電池的產(chǎn)電性能密切相關(guān)，因此，MFC產(chǎn)電特性的研究是MFC生物傳感器的一個(gè)研究重點(diǎn)。在本文中，我們主要研究了對(duì)MFC產(chǎn)電效率有重要影響的陽(yáng)極材料及其對(duì)MFC傳感特性的影響。制備了具有不同納米表面結(jié)構(gòu)的硼摻雜金剛石電極，研究了電極的納米結(jié)構(gòu)對(duì)MFC生物傳感器的影響。在此研究基礎(chǔ)上，還開發(fā)了價(jià)格低廉、便于實(shí)際應(yīng)用的基于

2、碳布電極的MFC，用于抗生素的檢測(cè)。論文主要內(nèi)容如下：
　　 (1)研究了產(chǎn)電微生物Shewanella loihica PV－4的生物學(xué)特性以及不同底物對(duì)S。loihica PV－4產(chǎn)電性能的影響。研究結(jié)果表明乳酸、甲酸和環(huán)糊精有利于產(chǎn)電過(guò)程中S。loihica PV-4的生長(zhǎng)，葡萄糖、半乳糖、L－阿拉伯糖則有利于S.loihica PV-4的產(chǎn)電。
　　 (2)利用層層自組裝方法制備了納米金修飾硼摻雜金剛石薄膜電極，

3、用于MFC陽(yáng)極，研究其對(duì)MFC產(chǎn)電性能的影響。研究結(jié)果表明隨著Au/PAH層數(shù)的增加，電極上產(chǎn)生的峰電流密度逐漸從1.25μA cm-2增加至2.93μA cm-2，電極表面粘附的細(xì)菌密度增加，S.loihica PV-4在(Au/PAH)4/BDD電極上的直接電化學(xué)行為得到明顯增強(qiáng)。
　　 (3)利用自模板法，通過(guò)等離子刻蝕制備了BDD納米草結(jié)構(gòu)電極，用于MFC陽(yáng)極。由于BDD表面的納米草結(jié)構(gòu)增加了S.loihica PV-4

4、細(xì)胞膜表面細(xì)胞色素C活性中心的反應(yīng)位點(diǎn)，縮短了電子傳遞至電極的距離，促進(jìn)了電子傳遞，因此MFC的產(chǎn)電性能得到了提高。研究結(jié)果表明BDD納米草結(jié)構(gòu)電極產(chǎn)生的最大電流密度和穩(wěn)定電流密度分別為3.8μA cm-2和1.2μA cm-2，分別是BDD薄膜電極產(chǎn)生的電流密度的3倍。
　　 (4)構(gòu)建了基于BDD納米草結(jié)構(gòu)電極的MFC生物傳感器用于妥布霉素的檢測(cè)。研究結(jié)果表明隨著妥布霉素濃度的增大，該傳感器的抑制率呈指數(shù)關(guān)系增加，并且BDD

5、電極的納米草結(jié)構(gòu)可以提高傳感器的檢測(cè)靈敏度。
　　 (5)利用從廢水中分離出的混合菌，構(gòu)建了價(jià)格低廉且便于實(shí)際應(yīng)用的基于碳布電極的混合菌生物膜的MFC生物傳感器，研究了其在環(huán)境監(jiān)測(cè)抗生素中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明隨著妥布霉素濃度的增大，MFC的抑制率增大，陽(yáng)極生物膜的菌群也隨之改變，菌群平衡對(duì)傳感器的穩(wěn)定性有著重要的作用。該傳感器可用于在線監(jiān)測(cè)模擬廢水中的抗生素的含量，操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，有望用于水環(huán)境抗生素監(jiān)測(cè)預(yù)警。