[发明专利]一种用于有机磷农药监测的微生物燃料电池及其使用方法

说明书

本发明公开了一种用于有机磷农药监测的微生物燃料电池及其使用方法，所述微生物燃料电池由池体、阳极、阴极、进水口、出水口组成，池体内上部设有阴极，下部设有阳极，阴极和池底之间设有中性磷酸盐缓冲溶液和活性污泥，阴极漂浮在缓冲溶液上，阳极被包埋于活性污泥内，所述阴极下方的池体上设有出水口，所述阳极下方的池体上设有进水口，阳极为预处理过的碳毡，阴极为二氧化铈修饰的碳毡。本发明中，通过修饰电极以及信号处理单元和无线传输模块的耦合，提高了电极敏感度及水体中氧乐果浓度的监测效率。系统总体上实现了抗生素监测的智能化和自动化，具有便于操作、效率高、成本低等优点。

技术领域

本发明属于水质监测领域，具体涉及一种用于有机磷农药监测的微生物燃料电池及其使用方法。

背景技术

水资源是人类生活必不可少的资源之一，随着社会经济与生活的增长与发展，对水资源的需求越来越多，同时，对水环境的污染也越来越严重，近年来国内外出现了多起水环境污染事故，其中有机磷农药的污染不容忽视。全世界有机磷农药达数百种，其产量占农药总产量的50％以上，中国有机磷农药的产量占全世界总量的1/3，但农药残留对水资源及人体健康造成一定的威胁，浓度过高也会对作物造成药害，轻者减产，重者可导致作物死亡。氧乐果是一种高效有机磷杀虫剂，但是其残留不仅能直接污染地表水，同时通过淋溶、渗透等途径污染地下水，严重危害动植物生存和人类健康。孙丽霞等报道了一些有机磷杀虫剂残留超标所致的食物中毒事件，中毒者血清心肌酶异常升高，循环系统受到毒害，引起传导阻滞、窦性心律失常、循环衰竭及心力衰竭，因此，为了提前指示水中毒性物质的存在，对受污染的水体提前采取处理措施，急需建立一个快速检测系统对水污染问题进行提前管理。

与传统的化学检测手段相比，微生物燃料电池作为一种新型技术，可以通过微生物与污染物相互作用而产生电子转移的机制发出电流变化的信号，非常符合水质动态监测的需要。迄今为止，研究的微生物燃料电池型传感器可用于BOD、外界温度、pH变化等的监测，故本申请将其和信号采集处理单元及无线传输模块相结合，用于水体氧乐果残留的监测，可有效的解决问题，实现了智能化和自动化，具有便于操作、效率高、成本低等优点，应用前景广阔。

另外，现有技术中电池以碳毡作为电极材料，但是未对碳毡做任何修饰或改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于有机磷农药监测的微生物燃料电池及其使用方法。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种用于有机磷农药监测的微生物燃料电池，所述微生物燃料电池由池体、阳极、阴极、进水口、出水口组成，池体内上部设有阴极，下部设有阳极，阴极和池底之间设有中性磷酸盐缓冲溶液和活性污泥，阴极漂浮在缓冲溶液上，阳极被包埋于活性污泥内，所述池体的上部设有出水口（所述出水口可以和阴极的高度平齐，也可以高于阴极的高度），所述阳极下方的池体上设有进水口，阳极为预处理过的碳毡，阴极为二氧化铈修饰的碳毡。

阴极的制备过程如下：将二氧化铈、Pt/C催化剂加入去离子水中，再加入Nafion溶液和异丙醇并混合分散均匀，涂覆于预处理过的碳毡表面，使二氧化铈的负载量为0.2~0.5mg/cm²，晾干，即得，其中二氧化铈和Pt/C催化剂的质量比为（0.3~1）︰1，去离子水、Nafion 溶液和异丙醇的体积为1︰（7~9）︰（3~5）。

进一步地，所述预处理的碳毡是指将碳毡剪切为和池体相适配的圆片后，放入丙酮中密封浸泡12h~18h，再依次用乙醇和水超声清洗，超声时间不低于10min。

进一步地，所述中性磷酸盐缓冲溶液由KH₂PO₄和Na₂HPO₄制成，且活性污泥与缓冲溶液的体积比为（1~2）:（1~2）。缓冲溶液是为了保持微生物生长环境是中性，因为过酸过碱的环境都不利于微生物生长。