本文關(guān)鍵詞：基于光纖倏逝波傳感器的微生物燃料電池內(nèi)pH研究

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【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展以及新興技術(shù)的迅速膨脹,人們同時(shí)也意識(shí)到了能源消耗與環(huán)境污染帶來(lái)的重大問(wèn)題。微生物燃料電池(MFC)作為一種新型清潔能源,在產(chǎn)電的同時(shí)還能處理環(huán)境中的污水,正是由于MFC的這種特性,使其有可能在污水處理及產(chǎn)電產(chǎn)能中發(fā)揮巨大的作用。目前,國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出大量關(guān)于MFC的研究,其中如何提高M(jìn)FC的產(chǎn)電性能成為了關(guān)注的焦點(diǎn)。大量的研究表明,影響微生物產(chǎn)電性能的因素主要有一下幾個(gè)方面:微生物的種類(lèi)、電池外形構(gòu)造、基質(zhì)種類(lèi)及濃度、溫度和溶液的pH值等。由于微生物在產(chǎn)電周期中發(fā)生的是一系列的生化反應(yīng),所以溶液的pH值對(duì)MFC產(chǎn)電性能的影響尤其重要。因此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)MFC中溶液的pH值變化,可以更好的了解電池內(nèi)微生物在發(fā)生生化反應(yīng)過(guò)程中所處的環(huán)境,對(duì)MFC產(chǎn)電性能的提高具有非常重要的研究意義。光纖化學(xué)傳感器因其體積小、抗腐蝕、精度高、實(shí)時(shí)性好等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),在生化反應(yīng)領(lǐng)域中得到大量應(yīng)用。光纖化學(xué)傳感器有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn):首先,傳感器的靈敏度很高,比傳統(tǒng)的物理傳感器要高;其次,它具有非常短的響應(yīng)時(shí)間;再次,光信號(hào)在進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換的時(shí)候,具有非常好的抗電磁和抗干擾的能力,而且還有很好的耐腐蝕性以及超高電絕緣性;由于光纖本身的柔韌性很好,體積也很小,重量又非常輕,所以它可以被加工成各種各樣的形狀。因此,遠(yuǎn)距離的測(cè)量對(duì)于光纖化學(xué)傳感器來(lái)說(shuō)也是很有可能實(shí)現(xiàn)的,在一些人類(lèi)去不了的地方也可以很輕松的完成對(duì)某些參數(shù)的測(cè)量。經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者們的努力研究,光纖化學(xué)傳感器已經(jīng)形成了一門(mén)獨(dú)立具有很強(qiáng)特色的專(zhuān)一系統(tǒng),其中,光纖化學(xué)傳感器憑借著它們極高的靈敏度和高度的選擇性,已經(jīng)成為了大量科學(xué)家們測(cè)量各種信息的首選工具。光纖傳感技術(shù)有機(jī)融合了眾多學(xué)科知識(shí),諸如物理、化學(xué)、光學(xué)等,它的敏感區(qū)可以個(gè)性識(shí)別單一的被測(cè)物質(zhì),光纖中傳輸?shù)墓饨?jīng)過(guò)敏感區(qū)域,受到被測(cè)物質(zhì)對(duì)敏感區(qū)域的化學(xué)作用,從而會(huì)引起光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獠ü鈱W(xué)特性發(fā)生相應(yīng)的改變。因此,本文采用一種新型的光纖倏逝波pH值傳感器對(duì)MFC內(nèi)溶液pH值進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。首先深入研究MFC的制作過(guò)程和產(chǎn)電原理,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合光纖倏逝波化學(xué)傳感器的工作原理,設(shè)計(jì)出能實(shí)時(shí)測(cè)量MFC內(nèi)溶液pH值變化的新型光纖pH傳感器,最后將制作好的光纖pH傳感器封裝埋入工作中的MFC陽(yáng)極室,通過(guò)搭建測(cè)量系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量MFC內(nèi)陽(yáng)極室在整個(gè)產(chǎn)電周期中溶液的pH值變化情況。本次課題的主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn):(1)深入研究MFC的構(gòu)造及工作原理,制作并運(yùn)行了 MFC的反應(yīng)裝置,便于后續(xù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。(2)深入研究基于倏逝波的光纖pH傳感器的工作原理以及設(shè)計(jì)方法,選擇合適的材料作為pH值敏感指示劑,并且采用溶膠凝膠法將敏感指示劑涂覆于去包層的光纖纖芯表面,制作成較寬量程的光纖pH傳感器,同時(shí)通過(guò)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)建立光纖倏逝波吸收光功率與溶液pH值之間的變化關(guān)系,完成對(duì)制作好的光纖pH傳感器的標(biāo)定。(3)將制作好的光纖pH傳感器包埋于MFC的陽(yáng)極室中,搭建測(cè)量系統(tǒng),實(shí)時(shí)測(cè)量MFC在整個(gè)產(chǎn)電周期中電壓的變化情況、陽(yáng)極室溶液pH值的變化情況以及兩者之間的關(guān)系。(4)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立MFC的輸出電壓與溶液pH值的關(guān)系曲線,為通過(guò)調(diào)控MFC陽(yáng)極室內(nèi)溶液pH值來(lái)提高M(jìn)FC的產(chǎn)電性能提供有力的實(shí)驗(yàn)支持。
【關(guān)鍵詞】：MFC pH值 溶膠凝膠 光纖化學(xué)傳感器 倏逝波
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.45;TP212
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-15
• 1.1 課題的背景及意義11-13
• 1.2 光纖傳感技術(shù)在MFC中的應(yīng)用13-15
• 2 光纖倏逝波傳感理論分析15-23
• 2.1 光纖的基本介紹15-16
• 2.2 光波在光纖中的傳輸16-18
• 2.3 光纖中的倏逝波效應(yīng)18
• 2.4 光纖倏逝波傳感器基本原理18-19
• 2.5 光纖倏逝波傳感器的分類(lèi)19-21
• 2.5.1 基于倏逝場(chǎng)激發(fā)的熒光標(biāo)記型光纖生物傳感器20
• 2.5.2 基于光纖倏逝場(chǎng)的表面等離子體共振傳感器20-21
• 2.5.3 基于倏逝波吸收的光纖生物傳感器21
• 2.6 傳感器靈敏度理論分析21-23
• 2.6.1 模式匹配原理22
• 2.6.2 倏逝波的透射深度22-23
• 3 MFC技術(shù)原理23-27
• 3.1 MFC技術(shù)簡(jiǎn)要介紹23
• 3.2 MFC的發(fā)展歷程23-24
• 3.3 MFC的工作原理24-27
• 4 光纖pH傳感器的制作及其性能測(cè)試27-35
• 4.1 光纖的腐蝕實(shí)驗(yàn)27-29
• 4.2 溶膠凝膠法介紹29
• 4.3 光纖pH傳感器的制備29-31
• 4.4 光纖pH傳感器的性能測(cè)試31-35
• 4.4.1 光纖pH傳感器的響應(yīng)范圍31-32
• 4.4.2 光纖pH傳感器的重復(fù)性及可逆性32-33
• 4.4.3 光纖pH傳感器的響應(yīng)時(shí)間33
• 4.4.4 光纖pH傳感器的精度分析33-34
• 4.4.5 光纖pH傳感器性能指標(biāo)的影響因素34-35
• 5 MFC內(nèi)pH值實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的搭建及運(yùn)行35-47
• 5.1 光纖倏逝波傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-37
• 5.1.1 光源35-36
• 5.1.2 傳導(dǎo)光纖36
• 5.1.3 光纖腐蝕槽36-37
• 5.1.4 光纖倏逝波傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖37
• 5.2 微生物種類(lèi)及產(chǎn)電機(jī)制介紹37-39
• 5.3 MFC的構(gòu)建及運(yùn)行39-41
• 5.3.1 MFC的材料分析39-40
• 5.3.2 MFC的結(jié)構(gòu)分析40
• 5.3.3 MFC的運(yùn)行40-41
• 5.4 測(cè)量系統(tǒng)的搭建及運(yùn)行41
• 5.5 數(shù)據(jù)的采集與分析41-47
• 6 結(jié)論與建議47-49
• 6.1 主要結(jié)論47-48
• 6.2 下一步工作建議48-49
• 致謝49-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果55

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

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2 李琦;;海水淡化—沿海城市水資源可持續(xù)發(fā)展的重要策略[J];科學(xué)管理研究;2010年01期

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本文編號(hào)：1066016