DH-Ⅰ型SMFC传感器产电信号对连续多次镉污染的响应研究

本研究考察了一种自主研发的新型沉积物微生物燃料电池传感器(命名为DH-I型SMFC传感器)产电信号对连续多次Cd~(2+)污染事件的响应特征.采用淹水土壤模拟湿地环境,将该传感器的阳极(不锈钢管)插入淹水土壤中,阴极(铂网)位于上覆水下方.分别向每个传感器阴极上方的上覆水中加入50 mL Cd~(2+)浓度为25、50、100、200 mg·L~(-1)的CdCl_2溶液,对照加入50 mL去离子水.每天早晚各加入一次Cd~(2+)污染,连续加入27 d,即每个传感器各加入53次相同浓度的CdCl_2溶液.结果表明,每次加入Cd~(2+)污染后,电压均迅速上升,在30 s内达到峰值后逐渐回落到稳定状态;并且电压增量(峰值电压与基线电压的差值)随着加入的Cd~(2+)浓度增加而升高;而相同Cd~(2+)浓度53次加入引起的电压增量具有较好的一致性.土壤产电细菌的代表类群地杆菌科(Geobacteraceae)和梭菌属(Clostridium)16S rRNA基因丰度均未随着Cd~(2+)浓度的增加而降低.针对土壤中不同形态Cd~(2+)浓度的检测结果表明,0～3 cm的表层土壤吸附了大量Cd~(2+),使得土壤中的产电细菌免受Cd~(2+)的抑制,从而该传感器产电信号能够在湿地环境中,原位在线监测多次Cd~(2+)污染.