Mikrobiologiczne ogniwo paliwowe z katodą Cu-B

• Autorzy: Włodarczyk B. , Włodarczyk P. P.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.236

Warianty tytułu

EN

Microbial fuel cell with CU-B cathode

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Elektrody w mikrobiologicznych ogniw paliwowych najczęściej wykonywane są z tkaniny węglowej, czasami z 1% dodatkiem platyny. Praca przedstawia analizę możliwości wykorzystania stopu Cu-B jako katalizatora katody. Metodyka obejmuje przygotowanie katalizatora, analizę jego aktywności w redukcji H2O2 oraz porównanie zmian stężenia ChZT, NH4+ oraz NO3 - podczas oczyszczania ścieków komunalnych w reaktorze z napowietrzaniem oraz przy wykorzystaniu mikrobiologicznego ogniwa paliwowego z katodą Cu-B. Czas redukcji ChZT przy wykorzystaniu mikrobiologicznego ogniwa paliwowego z katodą Cu-B jest zbliżony do czasu redukcji przy napowietrzaniu. Uzyskana w ogniwie gęstość prądu (0,21 mA/cm2) oraz ilość energii elektrycznej jest niewielka (0,87 Wh), jednak pomiary przeprowadzono w reaktorach o pojemności 15 l. Uzyskana ilość energii pozwala jednak na eliminację energii koniecznej do napowietrzania zbiorników. Badania wykazały, więc że istnieje możliwość wykorzystania stopu Cu-B jako katalizatora katody mikrobiologicznego ogniwa paliwowego.

EN

In microbial fuel cell as electrode are used carbon cloth (or carbon cloth with 1% Pt) electrodes are most common. The paper presents an analysis of the possibilities of using Cu-B alloy as cathode catalyst in microbial fuel cells. The measurements included a preparation of catalyst, analysis of its activity in reduction H2O2 and comparison of changes in the concentration of COD, NH4 + oraz NO3 - in the reactor with aeration and with using a microbial fuel cell (with Cu-B cathode). The reduction time for COD with the use of microbial fuel cell with the Cu-B catalyst is similar to the reduction time with aeration. The obtained current density (0.21 mA/cm2) and amount of energy are low (0.87 Wh), but this power was obtained in small reactor (15l). However, the obtained amount of energy allows elimination of the energy needed for reactor aeration. It has been shown that the Cu-B can be used as cathode catalyst in microbial fuel cell.

Słowa kluczowe

PL

mikrobiologiczne ogniwo paliwowe; katalizator; stop Cu-B; katoda; inżynieria środowiska; odnawialne źródła energii

EN

microbial fuel cell; catalyst; Cu-B alloy; cathode; environmental engineering; renewable energy sources

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 3
• Strony: 525--532
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Włodarczyk B.

• Uniwersytet Opolski, Wydział Przyrodniczo-Techniczny, Samodzielna Katedra Inżynierii Procesowej, ul. Dmowskiego 7-9, 45-365 Opole; tel. [phone]

autor

Włodarczyk P. P.

• Uniwersytet Opolski, Wydział Przyrodniczo-Techniczny, Samodzielna Katedra Inżynierii Procesowej, ul. Dmowskiego 7-9, 45-365 Opole; tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Logan B.E.: Microbial fuel cell, John Wiley & Sons, 2007.
• [2] Logan B.E., Hamelers B., Rozendal R., Schrorder U., Keller J., Freguia S., Aelterman P., Verstraete W., Rabaey K.: Microbial fuel cells: Methodology and technology. Environmental Science & Technology. v.40, 2006, pp.5181-5192.
• [3] Rabaey K., Verstraete W.: Microbial fuel cells: novel biotechnology from energy generation. Trends Biotechnol. 23, 2005, pp.291-298.
• [4] Kim H.J., Park H.S., Hyun M.S., Chang I.S., Kim M., Kim B.H.: A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium, Shewanella putrefacians. Enzyme Microbiol. Technol., 30, 2002, pp.145-152.
• [5] Park H.S., B.H. Kim B.H., Kim H.S., Kim H.J., Kim G.T., Kim M., Chang I.S., Park Y.K., Chang H.I.: A novel electrochemically active and Fe(III)-reducing bacterium phylogenetically related to Clostridium butyricum isolated from a microbial fuel cell. Anaerobe, 7, 2001, pp.297-306.
• [6] Allen R.M., Benetto H.P.: Microbial Fuel Cells: electricity production from carbohydrates. Appl. Biochem. Biotech., 39, 1993, pp.27-40.
• [7] Chaudhuri S.K., Loveley D.R.: Electricity generation by direct oxidation of glucose in mediatorless microbial fuel cells. Nat. Biotechnol. v.21, 2003, pp.1229-1232. Mikrobiologiczne ogniwo paliwowe z katodą Cu-B 531
• [8] Bond D.R., Lovley D.R.: Electricity production by Geobacter sulfurreducens attached to electrodes, Appl. Environ. Microbiol., 69, 2003, pp.1548-1555.
• [9] Liu H., Cheng S., Logan B.E.: Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell. Environ. Sci. Technol. 38, 2004, pp.2281-2285.
• [10] Logan B.E.: Biologically extracting energy from wastewater: biohydrogen production and microbial fuel cells. Environ. Sci. Technol. 38, 2004, pp.160A-167A.
• [11] Rabaey K., Aelterman P., Clauwaert P., L. De Schamphelaire, Boon N., Verstraete W.: Microbial fuel cells in relations to conventional anaerobic digestion technolog engineering in Life Sciences, 6, 2006, pp.285-292.
• [12] Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Electricity production in microbial fuel cell with Cu-B alloy as catalyst of anode, QUAESTI-Virtual Multidisciplinary Conference, 3 (1), 2015, pp.305-308. DOI: 10.18638/quaesti.2015.3.1.211.
• [13] Włodarczyk P.P., Włodarczyk B.: Electrooxidation of hydrazine with copper boride catalyst, Conference proceedings, 21st International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA, P1.131, 2014.
• [14] 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, 17 (1), 2015, pp.111-118.
• [15] 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.
• [16] Włodarczyk B., Włodarczyk P.P.: Porównanie skuteczności elektroutleniania w mikrobiologicznym ogniwie paliwowym z katalizatorem stalowym i napowietrzania w oczyszczaniu ścieków, Inżynieria i Ochrona Środowiska, 18 (2), 2015, pp.189-198.
• [17] Sumner J.J., Creager S.E., Ma J.J.: DesMarteau D.D, Proton Conductivity in Nafion 117 and in a Novel Bis[(perfluoroalkyl)sulfonyl]imide Ionomer Membrane, J. Electrochem. Soc., 145 (1), 1998, pp. 107-110. DOI: 10.1149/1.1838220.
• [18] Bielański A.: Chemia ogólna i nieorganiczna, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1981.
• [19] Bielański A.: Podstawy chemii nieorganicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013.
• [20] Schweda E.: Chemia nieorganiczna, Wydawnicttwo Medpharm, 2014.
• [21] Łomotowski J., Szpindor A.: Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków, Arkady, 2002.
• [22] 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, pp.2435-2441.

Uwagi

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