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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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湖泊沉積物高程變化實時監(jiān)測研究取得新進展

2019-09-06 南京地理與湖泊研究所

【字體：大中小】

語音播報

　　近年來，微生物電化學技術(shù)迅速發(fā)展，微生物燃料電池逐漸成為一種全新的生物傳感方法。同時，沉積物微生物電化學技術(shù)是至今能夠突破理論，實現(xiàn)具體應用的微生物電化學技術(shù)。沉積物微生物電化學技術(shù)構(gòu)造簡單，其陽極埋在還原性的沉積物中，陰極置放在空氣-水界面，陰陽極之間的外電路接入負載。其作用機理為：在陽極區(qū)的有機質(zhì)被產(chǎn)電微生物氧化分解利用，產(chǎn)生的電子到陽極，再經(jīng)過外電路到達陰極形成電流，質(zhì)子則通過水溶液傳遞到陰極，并與氧氣反應生成水。

　　根據(jù)沉積物微生物電化學陽極和陰極上反應機理，中國科學院南京地理與湖泊研究所江和龍團隊博士王春柳設(shè)計了一種運行互不干擾的垂直分布的多陽極微生物電化學組新結(jié)構(gòu)（圖1），利用沉積物高程變化會影響到微生物電化學工藝的電信號輸出的原理，可以實時監(jiān)測沉積物在1cm 尺度上的高度變化（圖2）。研發(fā)的裝置儀器能夠只用一臺儀器即可實現(xiàn)對沉積物高程變化的在線監(jiān)測，維護成本低且運行穩(wěn)定，目前已通過室內(nèi)實驗優(yōu)化了傳感器裝置的主要影響參數(shù)。此成果已授權(quán)發(fā)明專利（專利號201820703903.x），并以Real-time monitoring of sediment bulking through a multi-anode sediment microbial fuel cell as reliable biosensor 為題發(fā)表在Science of the total environment 期刊上。

　　該項工作得到國家自然科學基金和中科院創(chuàng)新交叉團隊項目等的資助。

　　文章鏈接

圖1. 傳感器監(jiān)測裝置及原理圖

圖2. 多陽極沉積物微生物燃料電池對沉積物高程變化的監(jiān)測結(jié)果

　　湖泊沉積物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。近些年來，由于湖泊富營養(yǎng)化等環(huán)境問題，湖泊沉積物污染狀況嚴重；高有機質(zhì)含量的沉積物會加速沉積物中氣體的產(chǎn)生與累積，進而出現(xiàn)了沉積物的膨脹現(xiàn)象。研究表明這種現(xiàn)象與部分湖區(qū)的“黑水團”現(xiàn)象具有聯(lián)系性。因此，對湖泊沉積物膨脹過程中沉積物高程變化的研究對湖泊環(huán)境監(jiān)測、水質(zhì)保障、水生態(tài)修復、水生態(tài)系統(tǒng)評估和水產(chǎn)養(yǎng)殖等具有重要意義。
　　近年來，微生物電化學技術(shù)迅速發(fā)展，微生物燃料電池逐漸成為一種全新的生物傳感方法。同時，沉積物微生物電化學技術(shù)是至今能夠突破理論，實現(xiàn)具體應用的微生物電化學技術(shù)。沉積物微生物電化學技術(shù)構(gòu)造簡單，其陽極埋在還原性的沉積物中，陰極置放在空氣-水界面，陰陽極之間的外電路接入負載。其作用機理為：在陽極區(qū)的有機質(zhì)被產(chǎn)電微生物氧化分解利用，產(chǎn)生的電子到陽極，再經(jīng)過外電路到達陰極形成電流，質(zhì)子則通過水溶液傳遞到陰極，并與氧氣反應生成水。
　　根據(jù)沉積物微生物電化學陽極和陰極上反應機理，中國科學院南京地理與湖泊研究所江和龍團隊博士王春柳設(shè)計了一種運行互不干擾的垂直分布的多陽極微生物電化學組新結(jié)構(gòu)（圖1），利用沉積物高程變化會影響到微生物電化學工藝的電信號輸出的原理，可以實時監(jiān)測沉積物在1cm 尺度上的高度變化（圖2）。研發(fā)的裝置儀器能夠只用一臺儀器即可實現(xiàn)對沉積物高程變化的在線監(jiān)測，維護成本低且運行穩(wěn)定，目前已通過室內(nèi)實驗優(yōu)化了傳感器裝置的主要影響參數(shù)。此成果已授權(quán)發(fā)明專利（專利號201820703903.x），并以Real-time monitoring of sediment bulking through a multi-anode sediment microbial fuel cell as reliable biosensor 為題發(fā)表在Science of the total environment 期刊上。
　　該項工作得到國家自然科學基金和中科院創(chuàng)新交叉團隊項目等的資助。
　　文章鏈接
　　
　　圖1. 傳感器監(jiān)測裝置及原理圖
　　
　　圖2. 多陽極沉積物微生物燃料電池對沉積物高程變化的監(jiān)測結(jié)果
　　

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