Kompost Mikrobiyal Yakıt Hücreleri İçin Titanyum Elektrot Performansının İncelenmesi

Özet

Mikrobiyal yakıt hücresi, hem atıksu arıtımı hem de elektrik üretiminin aynı anda gerçekleştiği güzel bir enerji üretim teknolojisidir.Yeşil enerjiye olan talep artıyor ve mikrobiyal yakıt hücreleri gibi biyoelektrokimyasal cihazlar bu amaç için kullanılabilir. Kompostmikrobiyal yakıt hücresi, kompost malzemelerden elektrik enerjisi üretmenin umut verici bir yoludur. Bir kompost mikrobiyal yakıthücresinde, organik kompost malzemeleri, mikrobiyal yakıt hücresindeki bakterilerle ayrışır ve organik materyallerdeki mikrobiyaletki ile biyoenerji üretmek için kullanılır. Kompost malzemelerinden salınan organik madde, organik maddelerin yakınında topraktabulunan bakteriler tarafından elektronlara ve protonlara dönüştürülür. Elektronlar, anot elektrottan ve dış devreden katot elektrotunagider. Protonlar, elektrolit aracılığıyla katot elektrotuna gider. Elektronlar, protonlar ve havadan gelen oksijen katod elektrodundabirleşir. Böylece, mikrobiyal yakıt hücresi elektrik enerjisi ve su üretir. Bu çalışmada, farklı miktarlarda organik kompostmalzemelerle beslenen, elektrotlar olarak titanyum plakaları olan, tek odacıklı, membransız mikrobiyal yakıt hücreleri 10 günboyunca çalıştırıldı. Ağırlıkça % 1, % 10 ve% 20 kompost malzemeleri içeren mikrobiyal yakıt hücreleri, sırasıyla, MYH-I, MYH-IIve MYH-III olarak adlandırılmıştır. Elde edilen maksimum enerji, 4.025 mW/$m^2$ değerinde bir maksimum güç yoğunluğu ile ifadeedildi ve bu değer MYH-III'e aittir. Kompost mikrobiyal yakıt hücrelerinin açık devre gerilimleri (Voc) 10 günlük çalışma sırasındazamanla değişir. MYH I, MYH-II ve MYH-III'ün en yüksek açık devre gerilimleri sırasıyla 375 mV, 380 mV ve 383 mV olarakölçülmüştür. Bu çalışmada mikroskop görüntüleri ile görüntülenen coccus türü bakteriler, MYH-I, MYH-II ve MYH-III içinbiyokatalizör görevi gördü. Bu çalışma, titanyum elektrotların kompost mikrobik yakıt hücreleri için elektrik üretme kabiliyetinesahip olduğunu göstermiştir. İlaveten, titanyum elektrotlarının karbon bezi, grafit, grafen oksit gibi elektrotlara alternatif bir elektrotolduğu bulunmuştur.

Abstract

Microbial fuel cell is a nice energy production technology where both wastewater treatment and electricity generation take place concurrently. There is increasing demand for green energy, and bioelectrochemical devices, such as microbial fuel cells, can be used for this goal. The compost microbial fuel cell is one promising way to produce electrical energy from compost materials. In a compost microbial fuel cell, organic compost materials are decomposed with the bacteria at the microbial fuel cell and used to generate bioenergy by the microbial action on organic materials. The organic matter released through from compost materials is converted into electrons and protons by the bacteria present in soil near the organic materials. The electrons are go to to cathode electrode through from anode electrode and the external circuit. Protons are go to the cathode electrode through the electrolyte. The electrons, protons, and oxygen from air combine in the cathode electrode. Thus, the microbial fuel cell produces electrical energy and water. In this study, the single chambered, non-membrane microbial fuel cells with titanium plates as electrodes, fed with the different quantities organic materials of compost, were run for 10 days. Microbial fuel cells containing 1%, 10% and 20% by weight of compost materials were named as MYH-I, MYH-II and MYH-III, respectively. The maximum energy obtained was expressed by a maximum power density of 4.025 mW/$m^2$ value and this value belongs to MYH-III. The open circuit voltages (Voc) of compost microbial fuel cells varies over time in 10 days of operation. The highest open circuit voltages of MYH I, MYH-II and MYH-III were measured as 375 mV, 380 mV and 383 mV, respectively. In this study, coccus type bacteria, which were imaged with microscope images, acted as biocatalysts for MYH I, MYH-II and MYH-III. This study demonstrated that titanium electrodes has the ability to produce electricity for compost microbial fuel cells. In addition, titanium electrodes have been found to be an alternative electrode to electrodes such as carbon cloth, graphite, graphene oxide.