基于LPFG微生物燃料電池的溶解氧濃度測(cè)量.pdf

1、微生物燃料電池是一種新型清潔的能源裝置，它在產(chǎn)電的同時(shí)還能對(duì)廢水進(jìn)行處理，近年來(lái)成為相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。雖然微生物燃料電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但微生物燃料電池的產(chǎn)電功率低，影響微生物燃料電池產(chǎn)電性能最主要的非生物因素有溫度、pH值、溶解氧濃度以及底物濃度等。因此，準(zhǔn)確、在線地監(jiān)測(cè)影響微生物燃料電池產(chǎn)電性能的非生物參數(shù)，對(duì)于優(yōu)化控制微生物燃料電池產(chǎn)電性能尤為重要。目前關(guān)于溶解氧濃度檢測(cè)的方法法存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、耗氧、實(shí)時(shí)測(cè)定困難和受溫度影響等缺點(diǎn)

2、，無(wú)法有效地運(yùn)用于微生物燃料電池內(nèi)溶解氧濃度的測(cè)量。因此，探索一種新型的用于微生物燃料電池內(nèi)溶解氧濃度準(zhǔn)確在線測(cè)量的方法就顯得尤為重要。本文采用長(zhǎng)周期光纖光柵（LPFG）和布拉格光纖光柵(FBG)相耦合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物燃料電池內(nèi)溶解氧濃度的準(zhǔn)確測(cè)量，其中FBG主要響應(yīng)電池內(nèi)溫度變化信息，LPFG主要響應(yīng)電池內(nèi)部溫度和溶解氧濃度進(jìn)變化信息。本文從以下幾個(gè)方面展開(kāi)了研究：
　?。?）對(duì)基于塑料光纖的溶解氧濃度的測(cè)量進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研

3、究，探索光纖表面溶解氧敏感膜的制備方案和條件，來(lái)得到效果最佳的氧傳感器。
　　（2）利用溶膠-凝膠法制備將氧敏感膜固定在光纖上，通過(guò)光纖鍍膜前后的光譜特性變化及鍍膜的熒光光譜的變化趨勢(shì)與鄰啡咯啉釕（Ⅱ）的熒光光譜的變化趨勢(shì)一致，并對(duì)敏感膜進(jìn)行了表征。
　?。?）利用所制作好的傳感器對(duì)不同溶解氧濃度進(jìn)行測(cè)量。基于塑料光纖的氧傳感器，通過(guò)對(duì)熒光強(qiáng)度的測(cè)量來(lái)測(cè)量氧的濃度，靈敏度較高，說(shuō)明敏感膜的性能良好。制出的良好敏感膜性能為基于

4、LPFG的氧傳感器奠定了基礎(chǔ)，可以通過(guò)對(duì)中心波長(zhǎng)偏移情況來(lái)測(cè)量溶解氧濃度，擬合系數(shù)R2達(dá)到0.9564。
　?。?）為了提高LPFG溶解氧測(cè)量的準(zhǔn)確度，設(shè)計(jì)并制作了FBG-LPFG組合式光纖氧傳感器來(lái)消除溫度的影響，得出：FBG、LPFG的中心波長(zhǎng)偏移量與溫度之間呈一定的線性關(guān)系， FBG的溫度靈敏度為0.0063nm/℃， LPFG的溫度靈敏度為0.0588nm/℃；測(cè)量濃度時(shí)，LPFG的中心波長(zhǎng)發(fā)生偏移，LPFG的折射率靈敏度

5、為-56.66nm/RIU，F(xiàn)BG的中心波長(zhǎng)沒(méi)有發(fā)生偏移。說(shuō)明FBG-LPFG組合式光纖氧傳感器可以同時(shí)測(cè)量濃度和溫度。
　　（5）把FBG-LPFG組合式光纖氧傳感器放在MFC中測(cè)量微生物燃料電池溶解氧濃度的變化，測(cè)得當(dāng)溶解氧濃度為0.24mg/L時(shí)，輸出功率最大。
　　本文設(shè)計(jì)的兩種測(cè)量溶解氧濃度的方法都能有效的對(duì)其測(cè)量，但是用塑料光纖測(cè)量時(shí)，是在溫度恒定的情況下進(jìn)行測(cè)量的。由于微生物燃料電池的溫度受到微生物的新陳代謝、