長周期光纖光柵鐵離子濃度傳感器的制備及其在MFC中的應用研究.pdf

1、微生物燃料電池(MFC)是微生物將有機物中的化學能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，也是解決環(huán)境污染、開發(fā)新型清潔能源的新技術。它在產(chǎn)電的同時還能用于廢水處理、去除硫化氫、產(chǎn)氫和地下水修復等。與傳統(tǒng)的廢水處理工藝相比，MFC產(chǎn)泥量少、無甲烷產(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個數(shù)量等級。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)參與生化反應過程的電極臨近區(qū)域Fe3+的實時監(jiān)測技術。

2、>　　光纖傳感技術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對 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，通過分析敏感膜的厚度，指示劑的含量對傳輸光譜及傳輸光強的影響。響應測試了 MFC陽極室內(nèi)的 Fe3+濃度，實驗發(fā)現(xiàn)：
　　(1)用光譜儀測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，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)呈線性減弱關系，證實了鍍膜過程分子是逐層交替沉積的。
　　(2)用電鏡掃描儀器對鍍了[PDDA/PAA]20膜后的光纖表面進行微觀觀察，發(fā)現(xiàn)其外觀形貌完整、表面均勻?？梢杂脕碜鳛镕e3+指示劑的載體。
　　(3)添加了0.5％的磺基水楊酸指示劑后對不同濃度的鐵離子溶液的光強變化基本呈線性關系。即該自組裝敏感膜對液相狀態(tài)下的鐵離子具有較好的光學響應能力，能夠作為實時監(jiān)測MFC陽極界面基質(zhì)不同組分的化合物含量變化

4、的傳感器。
　　(4)用EDTA測試了光纖傳感器的可重復使用性，發(fā)現(xiàn)加入脫附鐵離子的EDTA后紅移了2.54nm的光譜會再藍移2.5nm回到原來的中心波長，說明光纖傳感器與液相狀態(tài)下的Fe3+反應形成了穩(wěn)定的水溶性絡合物，因此，此傳LPFG-FBG感器能夠重復多次使用。
　　模擬 MFC產(chǎn)電過程發(fā)生的生物化學反應使反應室內(nèi)的溫度和離子濃度發(fā)生改變，影響產(chǎn)電功率的同時也影響傳感器檢測的準確性。因此為了消除在測量過程中的溫度交叉