【摘要】：微藻可以通過光合作用將二氧化碳和水合成有機(jī)物。同時(shí),微藻也可以利用有機(jī)廢水中的碳源(如苯酚)實(shí)現(xiàn)微藻生物質(zhì)生產(chǎn)。此外,微藻能夠生產(chǎn)人類生活中所需的蛋白質(zhì)、維生素、油脂、抗生素等物質(zhì)。因此,微藻在固碳、有機(jī)廢水處理及生物質(zhì)能源生產(chǎn)等研究領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。目前關(guān)于微藻的培養(yǎng)方法主要有懸浮法和生物膜法。其中微藻生物膜技術(shù)具有生物質(zhì)采收方便、占地面積小、光能利用效率高等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。雖然微藻生物膜技術(shù)具有上述諸多優(yōu)點(diǎn),但其生長代謝過程受到微藻生物膜厚度顯著的影響。其原因在于微藻生物膜厚度是聯(lián)系反應(yīng)器流體力學(xué)和生化反應(yīng)動力學(xué)特性的關(guān)鍵參數(shù),生物膜厚度參數(shù)直接影響微藻生產(chǎn)蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)的效率與品質(zhì)及光能與底物利用效率、微藻生物質(zhì)產(chǎn)量及微藻降解CO_2或有機(jī)污染物的效率。因此實(shí)時(shí)監(jiān)測微藻生物膜厚度對人類進(jìn)行微藻生物質(zhì)能源的大規(guī)模培養(yǎng)、應(yīng)對未來能源危機(jī)、CO_2固定及有機(jī)污染物降解都具有十分重要的意義。目前關(guān)于微藻生物膜厚度測量的方法主要有顯微鏡法、電化學(xué)方法和光纖法。其中顯微鏡法和電化學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)對微藻生物膜厚度的實(shí)時(shí)在線原位測量。雖然光纖傳感器具有靈敏度高、體積小、抗電磁干擾、生物相容性等優(yōu)點(diǎn)可被用于生物膜厚度的測量,但是目前光纖傳感器難以實(shí)現(xiàn)對微藻生物膜厚度的準(zhǔn)確測量;其原因在于微藻生物膜生長代謝過程中,不僅生物膜厚度(生物膜量)會發(fā)生變化,液相底物及產(chǎn)物濃度也會變化;液相變化信息會對傳感器輸出結(jié)果產(chǎn)生干擾,導(dǎo)致傳感器輸出信號難以實(shí)時(shí)反映生物膜厚度變化信息。因此,本文為了實(shí)現(xiàn)微藻生物膜厚度實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確的測量,首先,利用塑料光纖構(gòu)建了一種高靈敏度塑料光纖折射率傳感器。其次,研制了一種高靈敏度苯酚溶液光纖傳感器。再次,利用研制的高靈敏度光纖傳感器構(gòu)建了用于微藻生物膜在線準(zhǔn)確測量的雙探針光纖倏逝波傳感器;其中一個(gè)探針作為生物厚度傳感器探針,用于響應(yīng)生物膜厚度及液相濃度變化信息;另外一個(gè)探針作為生物膜厚度參考探針,用于響應(yīng)生物膜生長代謝過程液相濃度變化信息。為了分析該雙探針光纖傳感器能準(zhǔn)確測量微藻生物膜厚度,建立了傳感器理論分析模型。最后,利用構(gòu)建的雙探針光纖傳感器對微藻生物膜在苯酚溶液中的生長過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線測量。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)高靈敏度塑料光纖折射率傳感器研究。實(shí)驗(yàn)首先利用機(jī)械和化學(xué)腐蝕的方法將光纖的包層或部分纖芯去除制成不同直徑的D型的光纖傳感器,探究了不同直徑的光纖傳感器的靈敏度的差異,其次,在光纖表面涂敷加拿大樹脂和納米薄膜,探究了不同涂敷厚度對傳感器靈敏度的影響,最后利用D型光纖倏逝波傳感器對不同折射率的葡萄糖和不同濃度的汞(II)離子進(jìn)行了測量。(2)高靈敏度苯酚溶液響應(yīng)的光纖傳感器研究。為獲得苯酚響應(yīng)的高靈敏度響應(yīng)的光纖傳感器,在(1)的基礎(chǔ)上,在D型光纖傳感器表面涂敷加拿大樹脂薄膜后,在表面再涂敷TiO_2、TiO_2/SiO_2、Er~(3+):YAlO_3/SiO_2/TiO_2三種光催化薄膜,探究了三種光催化薄膜厚度對苯酚溶液響應(yīng)的靈敏度的影響。(3)在上述研究的基礎(chǔ)上,針對微藻生物膜光生物反應(yīng)器,構(gòu)建了一種用于苯酚溶液中微藻生物膜厚度在線檢測的雙探針型D型塑料光纖倏逝波生物膜厚度傳感器及其檢測系統(tǒng)。微藻生物膜厚度傳感器由雙探針光纖(傳感臂和參考臂)組成,其中一根傳感器的敏感區(qū)裹上一層核孔膜,用于分離也液相混合溶液和微藻藻細(xì)胞,僅響應(yīng)液相中的濃度相關(guān)信息,記為參考臂;另一根傳感器敏感區(qū)不做處理,用于響應(yīng)微藻生物膜厚度及液相濃度變化信息,記為傳感臂。同時(shí),本文構(gòu)建了傳感器理論模型。最后,利用該傳感器系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線檢測了液相中微藻生物膜生長過程中的厚度變化信息。
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;Q94-33
【圖文】：

圖 1.1 懸浮核心微結(jié)構(gòu)光纖[40]的檢測，測定非金屬離子的方法主要有重量譜法[41]。其中重量法主要通過沉淀法、揮發(fā)不需要標(biāo)準(zhǔn)液，但操作復(fù)雜、誤差較大；分操作簡單、快速，因而被廣泛的應(yīng)用，但存。氣相色譜法雖然檢測靈敏度極高、測定結(jié)用成本高，操作復(fù)雜，對人員操作水平要求不適用。離子色譜法主要針對待測組分中目譜具有快速、靈敏、選擇性好和同時(shí)測定多流動相需要現(xiàn)配現(xiàn)用，檢測的濃度范圍低、同帶來不便等缺點(diǎn)。自光纖傳感器的興起在檢測領(lǐng)域，是一種低成本、靈敏度高、抗較大的發(fā)展?jié)摿�，已�?jīng)涌現(xiàn)出了大量的文用長周期光纖光柵（Long-Period Grating

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖及光纖傳感器敏感區(qū)示意圖 1.2 所示。圖 1.2 （a）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖；（b）光纖傳感器示意圖1.2.2 光纖氣體傳感器光纖傳感器具有易小型化、可遙測、靈敏度高、響應(yīng)快等諸多優(yōu)點(diǎn)，依據(jù)傳感原理可分為以下幾種類型：干涉型光纖氣體傳感器、倏逝波光纖氣體傳感器、表面等離子體共振光纖氣體傳感器、光聲光纖氣體傳感器等[43]。干涉型光纖氣體傳感器可分為以下幾種：基于馬赫-曾德爾（Mach-Zehnder）干涉原理氣體傳感器、基于法布里-珀羅（Fabry-Perot）干涉原理氣體傳感器等。馬赫-曾德爾（Mach-Zehnder）干涉?zhèn)鞲衅骺梢苑譃橐韵聨追N：1）錯(cuò)位熔接型。通過調(diào)節(jié)熔接機(jī)的參數(shù)，改變纖芯之間的錯(cuò)位量來實(shí)現(xiàn)模間干涉。2）纖芯失配型。不同芯徑光纖的直接熔融會導(dǎo)致纖芯失配，從而激發(fā)出包層膜而構(gòu)成光纖 M-Z 傳感器。3）氣泡型。用飛秒激光器或者刻蝕的方法在單模光纖上刻出空氣槽，級聯(lián)形成 M-Z 干涉儀。4）通過調(diào)節(jié)光纖熔接機(jī)的參數(shù)，對熔點(diǎn)進(jìn)行推擠或拉伸形成錐點(diǎn)形成模間干涉[44]。成結(jié)[45]等利用波長為 800nm 的飛秒激光器脈沖在普通單模光纖上加工 M-Z 干涉腔，如圖 1.3 所示，并在加工后的槽壁上通過磁控濺射的方法鍍一層鈀（Pd）膜

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何劍青;龔勛;彭陽;張揚(yáng);徐明厚;;基于微藻氣候生長模型的微藻柴油水足跡分析[J];太陽能學(xué)報(bào);2019年07期

2 李潔瓊;劉紅全;袁莎;;微藻多糖的研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2016年06期

3 曹鵬飛;;能源微藻開發(fā)利用的研究[J];廣州化工;2015年10期

4 楊艷麗;;基于開放池培養(yǎng)的微藻生物柴油經(jīng)濟(jì)成本分析[J];太陽能學(xué)報(bào);2015年02期

5 劉天中;王俊峰;陳林;;能源微藻及其生物煉制的現(xiàn)狀與趨勢[J];生物產(chǎn)業(yè)技術(shù);2015年04期

6 賈靜文;;水生微藻的應(yīng)用研究現(xiàn)狀與展望[J];農(nóng)村科學(xué)實(shí)驗(yàn);2017年01期

7 胡雪鴻;;試析微藻油和魚油中DHA的特性及應(yīng)用[J];科學(xué)中國人;2017年23期

8 劉天中;張維;王俊峰;郎瑩;張靜;;微藻規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)研究進(jìn)展[J];生命科學(xué);2014年05期

9 倪海波;;劉進(jìn):激揚(yáng)青春探索微藻奧妙[J];中國發(fā)明與專利;2013年12期

10 王琴;符笳茵;應(yīng)月;黎奇欣;黃嘉玲;;廢水養(yǎng)殖高油微藻的研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代食品科技;2013年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 郝建朝;周煒;劉惠芬;盧顯芝;連賓;;微藻生長和收集驅(qū)動碳、氮、磷生物轉(zhuǎn)化的作用機(jī)制[A];中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會第九次全國會員代表大會暨第16屆學(xué)術(shù)年會文集[C];2017年

2 程奇;呂蓓;沈桂芳;;能源微藻生產(chǎn)生物柴油的意義及其開發(fā)價(jià)值[A];經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變與自主創(chuàng)新——第十二屆中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會年會（第二卷）[C];2010年

3 程奇;呂蓓;沈桂芳;;能源微藻生產(chǎn)生物柴油的意義及其開發(fā)價(jià)值[A];第十二屆中國科協(xié)年會——非糧生物質(zhì)能源與高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研討會論文集[C];2010年

4 李文國;;超濾技術(shù)在微藻生物柴油提取中的應(yīng)用[A];全國苦咸水淡化技術(shù)研討會論文集[C];2013年

5 王建;謝平;高村典子;;超微藻不同類型水體分布狀況及其環(huán)境意義[A];中國藻類學(xué)會第十一次學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2001年

6 鄭迪;陳暉;;微藻絮凝沉降采收的優(yōu)化[A];慶祝中國藻類學(xué)會成立30周年暨第十五次學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2009年

7 韓江華;王樹青;黃玉萍;;微藻油中微量有機(jī)氯化物的衍生化GC-MS分析[A];中國化學(xué)會第十一屆全國生物醫(yī)藥色譜及相關(guān)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會（食品與環(huán)境分析分會）論文摘要集[C];2016年

8 王萍;余江;趙亮;蘇子藝;;富油微藻在不同污水中的培養(yǎng)與應(yīng)用研究進(jìn)展[A];2016中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第二卷）[C];2016年

9 李元廣;王偉良;沈國敏;金建;;異養(yǎng)-稀釋-光誘導(dǎo)串聯(lián)培養(yǎng)——微藻培養(yǎng)領(lǐng)域一項(xiàng)嶄新的平臺技術(shù)[A];慶祝中國藻類學(xué)會成立30周年暨第十五次學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2009年

10 趙鵬;;淺析藻類中提取生物柴油[A];《同行》2015年9月（下）[C];2015年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 顧家瑞;微藻制油產(chǎn)業(yè)化先過成本關(guān)[N];中國化工報(bào);2013年

2 陸琦;微藻柴油:生物燃料的“潛力股”[N];中國化工報(bào);2015年

3 黃辛;微藻能源“973”項(xiàng)目全面啟動[N];科學(xué)時(shí)報(bào);2011年

4 本報(bào)記者 白清榮;微藻制油:產(chǎn)業(yè)化還在路上[N];中國化工報(bào);2014年

5 記者 黃辛;上海交大闡明微藻抗鹽脅迫新機(jī)制[N];中國科學(xué)報(bào);2019年

6 記者 王玉芹 范光年;“微藻”助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效[N];河北科技報(bào);2019年

7 本報(bào)兩會特派記者 李濤 李標(biāo) 牛春安 郭敏 劉志剛 本報(bào)記者 黃偉偉 劉延正;大力發(fā)展微藻產(chǎn)業(yè) 變海水為糧田[N];中國食品安全報(bào);2019年

8 記者 文俊 通訊員 孫慧;讓微藻“吃”下霧霾元兇產(chǎn)出藻油[N];湖北日報(bào);2017年

9 本報(bào)記者 劉志偉;微藻“吃”下電廠廢棄物 產(chǎn)出上等生物油脂[N];科技日報(bào);2017年

10 本報(bào)記者 雍黎 通訊員 羅璇;廖強(qiáng)：培育微藻 變廢為寶[N];科技日報(bào);2018年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馬春陽;微藻光譜輻射特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 鄭禾山;利用頭孢抗生素廢水培養(yǎng)微藻制備生物吸附劑的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

3 王新鋒;基于能源轉(zhuǎn)化的沼液濃縮稀水微藻養(yǎng)分循環(huán)利用研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

4 巫小丹;利用有機(jī)廢水生產(chǎn)微藻生物質(zhì)的研究[D];南昌大學(xué);2017年

5 彭陽;微藻生物材料對工業(yè)污水二價(jià)汞的脫除性能及機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2018年

6 王W

本文編號：2725055