Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. РЭМ-изображения мезопористого TiO2 (a) и PANI/TiO2 (b).
Рисунок 2. РЭМ-изображения клеток E.coli на поверхности анода PANI/TiO2 (a, b, c – различные увеличения) и просто в растворе электролита (d).
Рисунок 3. Мощность бактериальной топливной ячейки с анодом из PANI/TiO2 (содержание PANI 30% по массе).

Новый анод для микробных топливных ячеек

Ключевые слова:  альтернативные источники тока, периодика, топливные элементы

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

05 марта 2008

Микробные топливные ячейки являются «зеленым» источником энергии. Зеленее некуда. В таких ячейках в качестве маленького биореактора используется целый микроорганизм, с высокой эффективностью перерабатывающий в электричество органические соединения, от вкусных углеводов до бесполезных отходов. Но не все так радужно: низкая мощность и недостаточная стабильность ограничивают практическое применение микробных элементов питания. А мощность микробной топливной ячейки зависит прежде всего от анода, который ассоциирован непосредственно с микроорганизмами.

Для хорошего анода очень важна площадь поверхности, на которой могли бы разместиться бактерии. Мезопористый TiO2 обладает огромной поверхностью, является биосовместимым, стабильным и экологически безопасным. К сожалению, низкая проводимость TiO2 не позволяет аноду выдавать высокую мощность. Положение можно исправить, модифицировав анод из мезопористого TiO2 полианилином (PANI), который характеризуется высокой проводимостью, стабильностью и простотой синтеза. Такой композитный анод PANI/TiO2 был создан учеными из Сингапура.

Экспериментальным путем было установлено, что лучшие показатели дает анод, содержание PANI в котором составляет 30% (по массе). На рисунке 1 видно, что такой материал, как и немодифицированный TiO2, содержит поры и обладает развитой поверхностью.

Бактерии на поверхности анода образуют сеть из особых выростов (пилей), чтобы эффективнее присоединяться к подложке и друг к другу (рисунок 2). Не исключено, что через пили осуществляется перенос и избыточных электронов – по крайней мере, пили некоторых металл-восстанавливающих бактерий обладают проводящими способностями. Для E.coli вопрос о роли пилей в передаче электронов в настоящий момент недостаточно изучен. Однако в случае, когда клетки кишечной палочки просто растили в растворе электролита, формирование пилей не наблюдалось.

Производительность композитного анода PANI/TiO2 изучали в электрохимической ячейке, состоящей из двух камер, разделенных протон-проводящей мембраной. Анод был погружен в 0,1 М фосфатный буфер, содержащий 55 мМ глюкозы, 5 мМ 2-гидрокси-1,4-нафтохинона и клетки E.coli (109 мл-1); электролит катода состоял из 0,1 М фосфатного буфера и 50 мМ [Fe(CN)6]3-. В течение первых 48 часов мощность ячейки возрастала (благодаря тому, что бактерии размножались), а затем выходила на плато и оставалась практически неизменной в течение 450 часов без дополнительного введения глюкозы или других питательных веществ. Через 500 часов после внесения клеток в электрохимическую ячейку мощность резко падала из-за истощения запасов глюкозы (рисунок 3).

Максимальная мощность такой ячейки составила 1495 мВатт/м2 (при этом плотность тока равна 3650 мА/м2, напряжение 410 мВ). Это в два раза превосходит мощность, которая достигалась в бактериальных топливных ячейках прежде, и это сильно вдохновляет исследователей.

Работа «Nanostructured Polyaniline/Titanium Dioxide Composite Anode for Microbial Fuel Cells» опубликована в ACS Nano.


Источник: ACS Publications




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Зеленые человечки
Зеленые человечки

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.