Mikrobiologiczne ogniwo paliwowe z katodą Ni-Co I katolitem KMnO4

Włodarczyk, B.; Włodarczyk, P. P.

doi:10.12912/23920629/74969

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Mikrobiologiczne ogniwo paliwowe z katodą Ni-Co I katolitem KMnO4

Autorzy

Włodarczyk B. , Włodarczyk P. P.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/74969

Warianty tytułu

Microbial fuel cell with Ni-Co cathode and KMnO4 catholyte

Języki publikacji

Abstrakty

Wzrost poziomu życia powoduje wzrost zużycia energii oraz ilości generowanych odpadów i ścieków. Możliwość jednoczesnego oczyszczania ścieków i produkcji energii elektrycznej zapewniają mikrobiologiczne ogniwa paliwowe. Praca przedstawia możliwość oczyszczania ścieków w mikrobiologicznym ogniwie paliwowym z katodą Ni-Co i katolitem KMnO4. Pomiary obejmowały zmiany stężeń ChZT, NH₄⁺ oraz NO₃^- w reaktorze bez napowietrzania, z napowietrzaniem oraz przy wykorzystaniu mikrobiologicznego ogniwa paliwowego z katodą Ni-Co i katolitem KMnO₄. Czas redukcji ChZT podczas napowietrzania i wykorzystania mikrobiologicznego ogniwa paliwowego jest porównywalny. Wykazano zatem możliwość wykorzystania katody Ni-Co (w katolicie KMnO⁴) mikrobiologicznego ogniwa paliwowego do oczyszczania ścieków. Niestety rozwiązanie to wymaga stałego dostarczania katolitu. W analizowanym ogniwie uzyskano 15 mW mocy oraz gęstość prądu na poziomie 0,23 mA/cm².

The improving standard of living causes the increases in energy consumption and waste or wastewater production. The possibility of combining wastewater treatment and electricity production can be accomplished by means of a microbial fuel cell. The possibility of wastewater treatment using the Ni-Co alloy as cathode catalyst with KMnO₄ catholyte for microbial fuel cells was presented in this paper. The measurements covered the comparison of changes in the concentration of COD, NH₄⁺ and NO₃^- in the reactor without aeration, with aeration and using a microbial fuel cell (with Ni-Co cathode and KMnO4 catholyte). The reduction time for COD using a microbial fuel cell with the Ni-Co catalyst (and KMnO⁴ catholyte) is similar to the reduction time with aeration. It has been shown that the Ni-Co (with KMnO⁴ catholyte) can be used as cathode catalyst in microbial fuel cells. Unfortunately, in this case a constant delivery of catholyte is needed. The cell power of 15 mW and current density of 0.23 mA/cm² were obtained in the analysed MFC.

Słowa kluczowe

mikrobiologiczne ogniwo paliwowe odnawialne źródła energii katalizator Ni-Co oczyszczanie ścieków inżynieria środowiska

microbial fuel cell renewable energy sources Ni-Co catalyst wastewater treatment environmental engineering

Wydawca

Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej

Czasopismo

Inżynieria Ekologiczna

Rocznik

2017

Tom

Vol. 18, nr 5

Strony

77--83

Opis fizyczny

Bibliogr. 33 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Włodarczyk B.

barbara.wlodarczyk@uni.opole.pl

Uniwersytet Opolski, Wydział Przyrodniczo-Techniczny, Samodzielna Katedra Inżynierii Procesowej, ul. R. Dmowskiego 7-9, 45-365 Opole

autor

Włodarczyk P. P.

pawel.wlodarczyk@uni.opole.pl

Uniwersytet Opolski, Wydział Przyrodniczo-Techniczny, Samodzielna Katedra Inżynierii Procesowej, ul. R. Dmowskiego 7-9, 45-365 Opole

Bibliografia

1. Andersson PE., Welander T.G., Wastewater treatment method, Patent US4614587A, 1984.
2. Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN (2013).
3. Bień J.: Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych metodami termicznymi. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2012, nr 15 (4), 439–449.
4. Bień J., Bień B.: Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych metodami termicznymi w obliczu zakazu składowania po 1 stycznia 2016r. Inżynieria Ekologiczna, nr 45, 2015, 36–43. DOI: 10.12912/23920629/60592
5. Bień J., Gandor M.: Badania kinetyki spalania komunalnych osadów ściekowych w atmosferze wzbogaconej tlenem. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2011, nr 14 (3), 233–244.
6. Bockris J. O’M., Reddy A.K.N.: Modern Electrochemistry. Kulwer Academic/Plenum Publishers, New York 2000.
7. Dąbek L., Ozimina E., Picheta-Oles A.: Wykorzystanie węgla aktywnego i nadtlenku wodoru w oczyszczaniu ścieków przemysłowych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2011, nr 14 (2), 181–189.
8. Fatiadi A.: The Classical Permanganate Ion: Still a Novel Oxidant in Organic Chemistry (review). Synthesis, 1987, (2), 85–127.
9. Huggins T., Fallgren P. H., Jin S., Ren Z. J., Energy and performance comparison of microbial fuel cell and conventional aeration treating of wastewater, J Microb Biochem Technol, S6:002 (2013). DOI: 10.4172/1948–5948.S6–002
10. Jelonek P., Neczaj E.: Wstępne badania nad podczyszczaniem odcieków składowiskowych metodą Fentona: Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2014, nr 17 (3), 493–502.
11. Jadhav G.S., Ghangrekar M.M.: Performance of microbial fuel cell subjected to variation in pH, temperature, external load and substrate concentration. Bioresource Technology, 2009, nr 100 (2), 717–723. DOI:10.1016/j.biortech.2008.07.041
12. Kisza A.: Elektrochemia II. Elektrodyka. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.
13. Lin S.H., Shyu C.T., Sun M.C., Saline wastewater treatment by electrochemical method. Water Research, 1998, 32 (4), 1059–1066. DOI:0.1016/ S0043–1354(97)00327–8
14. Liu H., Ramnarayanan R., Logan B.E.: Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell. Environ. Sci. Technol., 2004, nr 38, 2281–2285.
15. Logan B.E.: Microbial Fuel Cells. John Wiley & Sons, Hoboken 2008.
16. Logan B.E., Hamelers B., Rozendal R., Schroder U., Keller J., Verstraete W., Rabaey K. Microbial Fuel Cells: Methodology and Technology. Environ. Sci. Technol., 2006, nr 40 (17), 5181–5192. DOI: 10.1021/es0605016
17. Logan B.E., Regan J.M., Electricity – producing bacterial communities in microbial fuel cells. Trends Microbiol., 2006, nr 14, 512–518.
18. Łomotowski J., Szpindor A., Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków, Arkady (2002).
19. Ren Z., Yan H., Wang W., Mench M.M., Regan J.M., Characterization of microbial fuel cells at microbially and electrochemically meaningful time scales, Environ. Sci. Technol., 45 (6) (2011) s.2435–2441.
20. Rozendal R. A., Leone E., Keller J., Rabaey K.: Efficient hydrogen peroxide generation from organic matter in a bioelectrochemical system. Electrochem. Commun. 2009, nr 11, 1752−1755.
21. Schweda E., Chemia nieorganiczna, Wydawnicttwo Medpharm, (2014).
22. Toledo L.C., Silva A.C.B., Augusti R., Lago R.M.: Application of Fenton’s reagent to regenerate activated carbon saturated with organochloro compounds. Chemosphere, 2003, nr 50 (8), 1049–1054.
23. Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Porównanie skuteczności elektroutleniania w mikrobiologicznym ogniwie paliwowym z katalizatorem stalowym i napowietrzania w oczyszczaniu ścieków. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2015a, nr 18 (2), 2015,189–198.
24. Włodarczyk P.P., Włodarczyk B.: Ni-Co alloy as catalyst for fuel electrode of hydrazine fuel cell. China-USA Business Review, 2015b, nr 14 (5), 269–279. DOI: 10.17265/1537–1514/2015.05.005
25. Włodarczyk P.P., Włodarczyk B.: Possibility of using Ni-Co alloy as catalyst for oxygen electrode of fuel cell. Chinese Business Review, 2015c, nr 14 (3), 159–167. DOI:10.17265/1537–1506/2015.03.005
26. Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Electricity production in microbial fuel cell with Cu-B alloy as catalyst of anode. QUAESTI, Civil engineering, 2015d, 305–308. DOI 10.18638/quaesti.2015.3.1.211
27. Włodarczyk, P.P., Włodarczyk, B.: Analysis of the possibility of using stainless steel and copper boride alloy as catalyst for microbial fuel cell fuel electrode, Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, 2015e, nr 17 (1), 111–118.
28. Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Possibility of wastewater treatment using MFC with Ni-Co catalyst of fuel electrode. Civil And Environmental Engineering Reports, 2016a, nr 21 (2), 131–145. DOI: 10.1515/ceer-2016–0028
29. Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Oczyszczanie ścieków w mikrobiologicznym ogniwie paliwowym z anodą Cu-B. Wybrane zagadnienia z zakresu ochrony środowiska i energii odnawialnej, Wydawnictwo Naukowe TYGIEL , Lublin 2016b, 89–99.
30. Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Wykorzystanie stopu NiCo2O4 jako katalizatora katody mikrobiologicznego ogniwa paliwowego. Diagnozowanie Stanu Środowiska, Metody Badawcze – Prognozy, Prace Komisji Ekologii i Ochrony Środowiska Bydgoskiego Towarzystwa Naukowego, 2016c, nr 10, 193–203.
31. Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Oczyszczanie ścieków w mikrobiologicznym ogniwie paliwowym z katodą z niklu Raneya. Diagnozowanie Stanu Środowiska, Metody Badawcze – Prognozy, Prace Komisji Ekologii i Ochrony Środowiska Bydgoskiego Towarzystwa Naukowego, 2016d, nr 10, 183–192.
32. Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Wykorzystanie stopu Ni-Co jako katalizatora katody w jednokomorowym mikrobiologicznym ogniwie paliwowym. Inżynieria Ekologiczna, 2017, 18 (2), 210–216. DOI:10.12912/23920629/66991
33. Zhang F. Cheng S. Pant D. Bogaert G. V., Logan B. E.: Power generation using an activated carbon and metal mesh cathode in a microbial fuel cell. Electrochem. Commun. 2009, nr 11, 2177−2179. DOI: 10.1016/j.elecom.2009.09.024

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-17452f5b-348c-4622-bf22-7f3da1b600b0