Wykorzystanie stopu Ni-Co jako katalizatora katody w jednokomorowym mikrobiologicznym ogniwie paliwowym

Włodarczyk, B.; Włodarczyk, P. P.

doi:10.12912/23920629/66991

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wykorzystanie stopu Ni-Co jako katalizatora katody w jednokomorowym mikrobiologicznym ogniwie paliwowym

Autorzy

Włodarczyk B. , Włodarczyk P. P.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

wlodarczyk_wlodarczyk_wykorzystanie_2_2017.pdf

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/66991

Warianty tytułu

Use of Ni-Co alloy as cathode catalyst in single chamber microbial fuel cell

Języki publikacji

Abstrakty

Technologią, która wykorzystuje ścieki jako surowiec, zapewniając jednocześnie ich oczyszczanie oraz produkcję prądu, jest technologia mikrobiologicznych ogniw paliwowych. Technologia ta postrzegana jest jako wspomaganie tradycyjnego oczyszczania ścieków. Jednym z podstawowych problemów związanych z mikrobiologicznymi ogniwami paliwowymi jest niewielka ilość produkowanej energii elektrycznej. Gęstość prądu zależy od szybkości zarówno reakcji anodowych, jak i katodowych. Celem pracy było wykazanie możliwości wykorzystania stopu Ni-Co jako katalizatora elektrody tlenowej w jednokomorowym mikrobiologicznym ogniwie paliwowym. Badania objęły pomiary szybkości rozkładu H₂O₂ na analizowanym katalizatorze, mocy ogniwa i gęstości prądu oraz redukcji stężenia ChZT. Podczas pracy ogniwa w porównywalnym czasie uzyskano taką samą skuteczność redukcji ChZT (90%) jak w przypadku napowietrzania. W ogniwie uzyskano 13 mW mocy oraz gęstość prądu 0,21 mA/cm². Wykazano możliwość wykorzystania stopu Ni-Co jako katalizatora elektrody tlenowej w jednokomorowym mikrobiologicznym ogniwie paliwowym.

Technology of microbial fuel cells allowing for the direct production of electricity from biodegradable materials can provide only energy production, but also wastewater treatment. This technology is seen as supporting of the traditional wastewater treatment. One of the problems with microbial fuel cells is a low current density of those energy sources. Nonetheless, it is possible to increase the current density by using the catalyst for electrodes (anode and cathode). The possibility of wastewater treatment using the Ni-Co alloy as catalyst for single chamber microbial fuel cells is presented in this paper. The studies have included measurements of H2O2 reduction on Ni-Co catalyst, power of cell and current density and also COD reduction. The reduction time for COD with the use of single chamber microbial fuel cell with Ni-Co cathode is similar to the reduction time with aeration. In analysed cell was obtained cell power of 13 mW, and current density of 0,21 mA/cm². The possibility of using the Ni-Co alloy as catalyst for cathode of single chamber microbial fuel cells is presented in this paper.

Słowa kluczowe

mikrobiologiczne ogniwa paliwowe odnawialne źródła energii katalizator stop Ni-Co ChZT inżynieria środowiska

microbial fuel cell renewable energy sources catalyst Ni-Co alloy COD environmental engineering

Wydawca

Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej

Czasopismo

Inżynieria Ekologiczna

Rocznik

2017

Tom

Vol. 18, nr 2

Strony

210--216

Opis fizyczny

Bibliogr. 40 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. Asif M., Muneer T.: Energy supply, its demand and security issues for developed and emerging economies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007, nr 11 (7), 1388–1413.
2. Bień J.: Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych metodami termicznymi. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2012, nr 15 (4), 439–449.
3. 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
4. Bień J., Gandor M.: Badania kinetyki spalania komunalnych osadów ściekowych w atmosferze wzbogaconej tlenem. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2011, nr 14 (3), 233–244.
5. Bockris J. O’M., Reddy A.K.N.: Modern Electrochemistry. Kulwer Academic/Plenum Publishers, New York 2000.
6. 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.
7. 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
8. Jelonek P., Neczaj E.: Wstępne badania nad podczyszczaniem odcieków składowiskowych metodą Fentona: Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2014, nr 17 (3), 493–502.
9. 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
10. Kisza A.: Elektrochemia II. Elektrodyka. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.
11. Kisza A.: Elektrochemia I. Jonika. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2000.
12. Liu H., Logan B.E.: Electricity generation using an air-cathode single chamber microbial fuel cell in the presence and absence of a proton exchange membrane. Environ. Sci Technol., 2004, nr 38, 4040–4046.
13. 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.
14. Logan B.E.: Microbial Fuel Cells. John Wiley & Sons, Hoboken 2008.
15. Logan B.E.: Exoelectrogenic bacteria that power microbial fuel cells. Nat. Rev. Microbiol. 2009, nr 7, 375–381.
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. Logan B.E., Wallack M.J., Kim K-Y., He W., Feng Y., Pascal E. Saikaly P.E.: Assessment of microbial fuel cell configurations and power densities. Environ. Sci. Technol. Lett., 2015, nr 2 (8), 206–214. DOI: 10.1021/acs.estlett.5b00180
19. Lowy D.A., Tender L.M., Zeikus J.G., Park D.H., Lovley D.R.: Harvesting energy from the marine sediment-water interface II. Kinetic activity of anode materials. Biosens Bioelectron., 2006, nr 21(11), 2058–2063. DOI: 10.1016/j. bios.2006.01.033
20. Pant D., Van Bogaert G., Diels L., Vanbroekhoven K.: A review of the substrates used in microbial fuel cells (MFCs) for sustainable energy production. Bioresour. Technol. 2010, nr 101, 1533–1543.
21. Rabaey K., Verstraete W.: Microbial fuel cells: novel biotechnology for energy generation. Trends Biotechnol., 2005, nr 23, 291–298.
22. Reimers C.E., Tender L.M., Fertig S., Wang W.: Harvesting energy from the marine sediment-water interface. Environ. Sci. Technol. 2001, nr 35 (1), 192−195. DOI: 10.1021/es001223s
23. 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.
24. Sikora A., Sikora R.: Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe. Biotechnologia monografie, 2005, nr 2 (2), 68–77.
25. 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.
26. Twigg M.V.: Catalyst Handbook. Wolfe Publishing Ltd. London 1989.
27. Uchwała nr 88 Rady Ministrów z dnia 1 lipca 2016r. w sprawie Krajowego planu gospodarki odpadami 2022.
28. Wang X., Feng Y.J., Lee H.: Electricity production from beer brewery wastewater using single chamber microbial fuel cell. Water Sci. Technol., 2008, nr 57, 1117–1121.
29. 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.
30. 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
31. 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
32. 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
33. 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.
34. 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
35. 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.
36. Włodarczyk P.P., Włodarczyk B.: Stop Ni-Co jako katalizator anody ogniwa paliwowego zasilanego alkoholem metylowym. Diagnozowanie Stanu Środowiska, Metody Badawcze – Prognozy, Prace Komisji Ekologii i Ochrony Środowiska Bydgoskiego Towarzystwa Naukowego, 2016c, t.X, 217–227.
37. 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, 2016d, nr 10, 193–203.
38. 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, 2016e, nr 10, 183–192.
39. Zhang X., Cheng S., Huang X., Logan B.E.: Improved performance of single-chamber microbial fuel cells through control of membrane deformation. Biosens. Bioelectron., 2010, nr 25, 1825–1828.
40. 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-7b09b7ee-724a-4091-a5ef-b6d1babb333a