检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：杨亚杰中国科学院大学

学位级别：博士

微生物电化学传感器由于成本低廉、响应灵敏、易于小型化，能够满足在线监测等优势，成为环境污染物生物毒性检测的重要工具。而目前国内水质生物毒性检测仪器基本上是基于鱼类及发光细菌法。其中，鱼类检测法耗时，发光细菌法易受样品... 详细信息

微生物电化学传感器由于成本低廉、响应灵敏、易于小型化，能够满足在线监测等优势，成为环境污染物生物毒性检测的重要工具。而目前国内水质生物毒性检测仪器基本上是基于鱼类及发光细菌法。其中，鱼类检测法耗时，发光细菌法易受样品浊度、色度影响，且所用菌种昂贵。此外，基于电化学原理的微生物传感器用于淡水水质生物毒性检测的研究受到广泛的关注，但对于高盐海洋体系生物毒性检测的研究仍是空白。基于上述问题，本论文对淡水水质生物毒性检测技术中微生物一体化电极的构建以及仪器组装所涉及的核心部件的开发进行了系统的研究，并将电化学微生物传感体系扩展到海水以及固体废弃颗粒物的生物毒性检测中。研究内容主要包括以下几个方面:　　(1)开发了可用于淡水体系急性生物毒性检测的介体型一体化微生物电极。基于静电相互作用，将正电性电子介体硫堇吸附在负电性大肠杆菌受试生物体表面。随后，以壳聚糖为成膜材料将表面吸附了硫堇的大肠杆菌固定在玻碳电极表面，制备得到介体型一体化微生物电极。基于该电极，探讨了构建水质生物毒性检测预警仪器核心部件的适用条件。利用构建的检测仪器对包括江河、湖泊、水库、工业废水、餐饮废水、实验室废水等实际样品的急性生物毒性进行了检测，测试结果与国标发光细菌法的检测结果对比显示出具有良好的可比性。另外，对于有色样品的检测灵敏性明显优于发光细菌法。　　(2)探讨了微生物电化学检测体系对高盐海水体系生物毒性检测的可行性。筛选出廉价易得、可耐高盐的金黄色葡萄球菌作为生物受试体。对其在不同盐度下的传感特性进行了探讨，结果表明:高盐度海水环境对微生物电化学检测体系没有显著的影响。基于此，以金黄色葡萄球菌为受试微生物，将电化学检测体系扩展到海洋环境，对Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr2O72-重金属离子的生物毒性进行检测，其检测结果与发光细菌法的检测结果具有良好的可比性。本研究成果证实了电化学微生物传感体系对于污染海水生物毒性检测的适用性，为发展海水体系电化学生物毒性检测技术提供了可能。　　(3)为提升海水体系水质生物毒性监测的便捷性，开发了可用于污染海水生物毒性检测的介体型一体化微生物电极。选用正电性聚二烯丙基二甲基氯化铵和壳聚糖高分子聚合物，基于静电相互作用将电子介体铁氰化钾固定，制备了具有氧化还原活性的溶胶成膜材料。将该溶胶和金黄色葡萄球菌混合，修饰在玻碳电极表面得到介体型一体化微生物电极。所制备的一体化微生物电极中的金黄色葡萄球菌和电子介体之间能够进行良好的电子传递，将微生物的呼吸信号转换为电信号。该一体化微生物电极能够实现对高盐海水体系中的金属离子、农药等的急性生物毒性检测。与将金黄色葡萄球菌受试体和铁氰化钾均分散在溶液的体系相比，一体化电极可简化测试步骤，缩短检测时间，提升了电化学生物传感体系在实际应用中的适用性。　　(4)将微生物电化学传感体系应用于固体废弃物的生物毒性检测，研究了锂离子电池热失效颗粒物的毒性。以大肠杆菌为受试生物体，对商业化的LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2和LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2锂离子电池热失效产生的颗粒物的毒性进行检测，研究结果证实了锂离子电池热失效颗粒物对大肠杆菌具有明显的呼吸抑制作用。扫描电镜结果显示，锂离子电池热失效产生的固体颗粒物与大肠杆菌接触可导致大肠杆菌出现严重的细胞膜损伤。对热失效颗粒物溶出离子的生物毒性以及活性氧分析表明，锂离子电池中的Cu、Co、Ni等金属在热失效过程中价态变化产生的Cu+、Co2+、Ni2+诱导生成的超氧自由基是热失效锂离子电池产生毒性的关键原因。

关键词：微生物电化学传感器生物毒性一体化电极海洋污染固体废弃颗粒物

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用于水环境重金属监测的微生物电化学传感器构建与运行效果分析

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生物工程学报 2022年第5期38卷 1903-1914页

作者：刘晓晓叶菲魏传超赵明杰栗勇田河北省河道水质净化及生态修复重点实验室秦皇岛天大环保研究院有限公司河北秦皇岛066000 燕山大学河北秦皇岛066000 秦皇岛市河道水质净化重点实验室河北秦皇岛066000

本研究旨在开发基于微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的微生物电化学传感器对水环境重金属污染进行实时在线监测。构建微生物电化学传感器,采用错流式布水方式、优化外阻值及外循环速率等参数,在最优参数下分析重金属模拟废水... 详细信息

本研究旨在开发基于微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的微生物电化学传感器对水环境重金属污染进行实时在线监测。构建微生物电化学传感器,采用错流式布水方式、优化外阻值及外循环速率等参数,在最优参数下分析重金属模拟废水浓度对电压的抑制情况。结果表明,当外阻值为130Ω、外循环速率为1.0 mL/min时,MFC电化学传感器的性能最优。在此条件下对1–10 mg/L的Cu^(2+)、0.25–1.25 mg/L的Cd^(2+)、0.25–1.25 mg/L的Cr^(6+)和0.25–1.00 mg/L的Hg^(2+)均有响应,60 min内输出电压最大抑制率分别可达92.95%、73.11%、82.76%和75.80%,线性相关系数均大于0.95,且有较好的生物学重复性。该MFC电化学传感器具有良好的重金属检测性能,可为实现水环境重金属污染实时在线监测技术的实际应用提供理论依据。

关键词：微生物燃料电池微生物电化学传感器参数优化电压抑制率生物学重复性

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用于水体毒性及生物毒性因子检测的微生物电化学传感器

用于水体毒性及生物毒性因子检测的微生物电化学传感器

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NCEC2019第十届全国环境化学大会

作者：王彦斋杨园雍阳春江苏大学环境与安全工程学院江苏省镇江市学府路301号212013

生物传感方法由于能提供独特的生物反馈信息，在生物毒性评价中受到广泛关注。其中电化学生物传感器因其仪器要求简单、信号可读、操作简单等特点受到广泛关注。

关键词：水体毒性绿脓杆菌双信号响应微生物电化学传感器信号放大

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基于电活性盐单胞菌的自供电氨氮传感器研究

基于电活性盐单胞菌的自供电氨氮传感器研究

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作者：丁永昌大连海事大学

学位级别：硕士

实时、准确地检测高盐含氮废水及海水中的氨氮浓度,对于控制氨氮污染排放、保护近岸海洋生态环境、海洋灾害预警等具有重要意义。微生物电化学传感器是一种新型的原位、在线、实时检测技术,无需使用外接电源即可实现多种环境污染物的准... 详细信息

实时、准确地检测高盐含氮废水及海水中的氨氮浓度,对于控制氨氮污染排放、保护近岸海洋生态环境、海洋灾害预警等具有重要意义。微生物电化学传感器是一种新型的原位、在线、实时检测技术,无需使用外接电源即可实现多种环境污染物的准确检测,具有广阔的应用前景。然而,目前尚缺乏微生物电化学传感器用于高盐含氮废水及海水中氨氮检测的相关机理和技术研究。本研究以中度嗜盐菌Halomonas venusta DSM 4743T形成的电活性生物膜阳极为传感元件,以空气阴极为电子消耗元件,构建新型自供电微生物电化学氨氮传感器,系统深入地研究传感器对氨氮的检测性能、重现性、准确性以及抗干扰能力,并探究传感机理。得到以下主要结论: （1）氨氮传感器在10～60 g/L Na Cl浓度范围内均可获得较高的输出电压信号,其中30 g/L为最适盐浓度。在0～200 mg/L和200～1000 mg/L NH4+-N浓度范围内,传感器的最大响应电压与NH4+-N浓度呈良好的线性关系,R2>0.99,灵敏度分别为200.05μV/（mg/L）和56.18μV/（mg/L）,响应时间小于30 min。待测样品NH4+-N浓度随机变化时,传感器响应信号的重现性和准确性良好。传感器在p H 6～9范围内均可获得较高的响应电压,可适用于弱酸性、中性和弱碱性水体中的氨氮检测;Zn2+、Cu2+、Mg2+、Fe2+等典型重金属离子对传感器电压信号影响较小。生物阳极是氨氮传感器的主要传感元件。（2）从Halomonas venusta DSM 4743T的琥珀酸脱氢酶活性、氨氮代谢特性、生物膜阳极电化学性能等角度,揭示传感器的氨氮传感机理。Halomonas venusta DSM4743T具有良好的同步硝化反硝化能力,SDH比酶活性随氨氮浓度增大而增大（0～1000mg/L NH4+-N）。Halomonas venusta DSM 4743T是阳极生物膜菌群的优势菌种。当氨氮为唯一电子供体时,随着氨氮浓度增大,生物膜阳极传质内阻和扩散内阻逐渐减小,CV和LSV氧化电流峰值逐渐增大;在0～0.6 V阳极电势下,氧化电流随阳极电势增大而显著增大。说明Halomonas venusta DSM 4743T可以以氨氮为唯一电子供体进行氧化代谢,氨氧化过程伴随胞外电子传递。NH4+-N浓度增大有利于提高生物膜的氨氧化活性以及胞外电子传递速率,从而整体提高生物膜阳极的电化学性能。典型电子供体葡萄糖和溶解氧均可提高生物膜阳极的CV和LSV氧化电流,即提高生物膜的氨氧化和胞外电子传递速率,是氨氮检测的潜在干扰因素。

关键词：氨氮传感器盐单胞菌微生物电化学传感器高盐废水海水

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基于纳米Cu-N-C催化剂的电化学硝酸盐传感器研究

基于纳米Cu-N-C催化剂的电化学硝酸盐传感器研究

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作者：朱瑛祺大连海事大学

学位级别：硕士

硝酸盐是一种重要的水质监测指标物,原位、实时、准确地检测水体中的硝酸盐浓度对于控制硝酸盐污染排放、保护水生态环境和人类健康具有重要意义。电化学硝酸盐传感器具有成本低、响应迅速、易于小型化等优势,但目前传感器的关键元件-... 详细信息

硝酸盐是一种重要的水质监测指标物,原位、实时、准确地检测水体中的硝酸盐浓度对于控制硝酸盐污染排放、保护水生态环境和人类健康具有重要意义。电化学硝酸盐传感器具有成本低、响应迅速、易于小型化等优势,但目前传感器的关键元件-硝酸盐选择性还原催化剂性能不佳,阻碍了传感器性能提升和实际应用。本研究以金属有机框架化合物为前体制备新型纳米Cu-N-C催化剂,以其为传感元件构建电化学硝酸盐传感器和新型自供电硝酸盐传感器,系统研究传感器的硝酸盐检测性能,以期为硝酸盐的准确、原位、实时、连续在线检测提供理论和技术支撑。采用水热法和热退火法制备纳米Cu-N-C催化剂和酸洗Cu-N-C催化剂。物理化学特性研究表明,催化剂呈三维多孔碳纳米片结构,Cu-N-C催化剂上均匀分散着较多铜纳米颗粒,直径约5-10 nm,主要成分为Cu2O和金属Cu。酸洗后催化剂上的铜纳米颗粒明显减少,金属Cu和氧化态Cu含量显著下降,铜元素以高度分散的单原子铜形式分散在碳基体中。 Cu-N-C电极在-0.5V～-0.3 V电势区间内出现硝酸盐还原峰,电极对硝酸盐浓度变化具有良好的响应能力;Cu-N-C电极比酸洗Cu-N-C电极的硝酸盐催化还原性能更佳;p H 5为传感器的最佳检测p H。以Cu-N-C电极为敏感元件、铂片电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极构建电化学硝酸盐传感器。传感器具有良好的硝酸盐检测性能,检测范围为0～200 mg·L-1NO3--N,响应时间<30s;在0～20 mg·L-1和20～200 mg·L-1 NO3--N范围内,传感器的响应电流值与硝酸盐浓度之间存在良好的线性关系,灵敏度分别为5.02m A·mg-1L-1m-2和0.769m A·mg-1L-1m-2。当待测样品含有0.25～1 m M硫酸钠时,传感器的线性检测范围为20～200 mg·L-1NO3--N,线性拟合相关系数大于0.99,证明传感器在不同离子强度下均具有可靠的硝酸盐检测性能。在纯硝酸盐溶液和高离子强度水样中,Na HCO3、Na NO2、Na Cl等典型环境干扰物对传感器响应电流影响较小,传感器的硝酸盐检测性能可稳定45天以上,相同方法制备的不同传感器的响应信号具有良好的重复性。以Cu-N-C电极为敏感元件、以电化学活性微生物阳极为供电单元,构建新型自供电硝酸盐传感器。在流动相和非流动相两种模式下运行传感器,在纯硝酸盐溶液和高离子强度水样中,传感器在0～20 mg·L-1和20～200 mg·L-1NO3--N浓度范围内的响应电流值与硝酸盐浓度之间均呈良好的线性关系,响应时间<10s。非流动相传感器的最低灵敏度为1.5658m A·mg-1L-1m-2,在线性范围内随机变化硝酸盐浓度,传感器信号具有良好的重现性。流动相传感器的最低灵敏度为2.813m A·mg-1L-1m-2,传感器信号具有良好的重现性,葡萄糖、无水乙酸钠、氯化钠、碳酸氢钠、亚硝酸钠、抗坏血酸、溶解氧等水中常见干扰物对传感器响应电流影响较小,传感器具有良好的抗干扰性和硝酸盐响应选择性。

关键词：硝酸盐电化学传感器微生物电化学传感器铜氮碳催化剂响应曲线

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基于自动在线修复式生物膜的水质生物毒性传感器的研发与应用

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现代信息科技 2024年第24期8卷 153-157页

作者：戈燕红查凡付琼余梅黄智毅毛执鹏胡一帆广东盈峰科技有限公司广东佛山528322

利用电化学活性生物膜测定水质生物毒性,具有灵敏度高、响应速度快、不受水体色度浊度干扰的优点。目前,商业化水质生物毒性监测装备已实现了在线监测,但MES中菌种易老化、遭遇水质毒性冲击后难以快速恢复,需要人员前往现场维修甚至更换... 详细信息

利用电化学活性生物膜测定水质生物毒性,具有灵敏度高、响应速度快、不受水体色度浊度干扰的优点。目前,商业化水质生物毒性监测装备已实现了在线监测,但MES中菌种易老化、遭遇水质毒性冲击后难以快速恢复,需要人员前往现场维修甚至更换,不仅成本高昂而且极易传感器未恢复而缺失测试数据,无法满足长期在线监测需求。因此,开展了基于自动在线修复式生物膜的水质生物毒性传感器的研制,从MES构型设计、MES启动、MES在线自动修复方案四个方面阐述了设计要点;并将搭建的两台样机应用于地表水自动在线监测站,稳定运行6个多月;运行数据表明了该方案的可行性。

关键词：电化学活性生物膜水质生物毒性自动修复微生物电化学传感器

来源：评论

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