[发明专利]一种基于微生物燃料电池的对硝基苯酚浓度检测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及微生物技术领域，具体涉及一种基于微生物燃料电池的对硝基苯酚浓度检测方法。

背景技术：

对硝基苯酚(p-nitrophenol，PNP)作为化工、农药、染料等行业工业废水中的主要污染物之一，具有毒性大、难于生物降解等特点。为了确保人体健康，水中PNP浓度应低于70μg/L，美国各洲规定，饮用水中PNP浓度不得高于20μg/L。因此，准确检测出水中PNP含量具有重要意义。目前，对硝基苯酚检测最常见的方法就是紫外可见分光光度法。此种方法需要提前对所有的样品进行pH调节，并使用紫外可见扫描光谱仪等贵重精密仪器进行检测，不仅操作繁琐、成本高昂，不便携带，而且难以实时监测。另一方面，目前的PNP的降解工艺也存在巨大挑战，现有技术很难做到在检测污染物的同时对其进行降解。

微生物燃料电池，是微生物技术与电池技术相结合的产物，它是一种通过产电菌代谢可生物降解的有机物，并将代谢产生的电子传递到外电路进而输出电能的装置。目前的研究表明，微生物燃料电池的电压(电流)与底物的浓度在一定的范围内存在对应关系，因此微生物燃料电池能用于某些底物含量的测定。然而，对于微生物燃料电池运行状态的实时监控仍是尚未解决的难题。目前，人们对于微生物燃料电池的工作水平与电池中底物浓度的测量依然依靠大型外置设备，不仅费时费力，而且不利于推广应用。

此外，近年来，人们对于污染物监测装置的小型化、廉价化，以及对于监测数据远程统筹分析的需要也愈发迫切。而在检测污染物的同时能够低成本的降解污染物则更是具有重要意义。

发明内容：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种能够准确自动化的监测当前有机污染物浓度、集中送出数据便于后续分析，更降低了污染物的检测和监测成本的基于微生物燃料电池的对硝基苯酚浓度检测方法。

本发明所提供的一种电化学活性细菌，它来源于黄河兰州段沉积物，采用稀释平板涂布法富集，分离纯化得到，经鉴定，该菌是蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteili)LZU-3，由中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC)保藏，保藏号为：CCTCC NO：M 2015454，保藏日期为2015年7月15日，保藏地址为中国，武汉，武汉大学。该菌在LB培养基上的菌落为白色，圆形，表面光滑，湿润粘稠。扫描电镜下观察该菌的形态为椭圆形。菌株LZU-3的全长16S rDNA序列在GenBank中的登录号为KP056323。

本发明的一种基于微生物燃料电池的对硝基苯酚浓度检测方法，它的硬件装置包含恒温装置、阴极电极(碳毡/碳刷)、阳极电极(碳毡/碳刷)、磁力搅拌装置、阳极室、阴极室(可更换培养基实现其他工业废水污染物的检测)、质子交换膜、自动采样/混样装置、阳极加样孔、阴极加样孔、阳极排液装置、阴极排液装置、放大芯片、外部供电、接地、AD转换、MCU、输入输出设备；阳极室、阴极室中均设有磁力搅拌装置，阳极室、阴极室的中间设有质子交换膜，质子交换膜的两侧均设有恒温装置，阳极室的外侧设有阳极排液装置，阴极室的外侧设有阴极排液装置，阳极室内设有阳极电极(碳毡/碳刷)，阳极电极(碳毡/碳刷)与放大芯片的负极连接，阴极室内设有阴极电极(碳毡/碳刷)，阴极电极(碳毡/碳刷)与放大芯片的正极连接，放大芯片的一侧与外部供电连接，放大芯片的另一侧为接地，放大芯片与AD转换连接，AD转换与MCU连接，MCU与输入输出设备相互连接，MCU的一端与自动采样/混样装置连接，自动采样/混样装置与阳极加样孔连接，MCU的另一端与阳极排液装置连接。

本发明提供的一整套解决方案中的用于阳极液的改进的培养基配方为：K₂HPO₄·3H₂O 0.85g/L、KH₂PO₄ 0.2g/L、MgSO₄·7H₂O 0.09g/L、FeSO₄·7H₂O0.0239g/L；所述的阴极液组成为由50mmol/L磷酸钠缓冲液配制的浓度为100mmol/L的K₃[Fe(CN)₆]混合液。