اثر افزایش سطح الکترود بر جریان پیل سوختی میکروبی با استفاده از نانولوله کربنی
چکیده
یک پیل سوختی میکروبی بیوراکتوری است که در آن انرژی شیمیایی پیوندهای شیمیایی مواد آلی در طی واکنش های کاتالیستی توسط میکروارگانیسم ها تحت شرایط بی هوازی، به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و معمولا شامل بخش آند و کاتد است که در واقع آند اکوسیستمی مهندسی شده است و جمعیت میکروبی در ارتباطی تنگاتنگ با یک سطح جامد رسانا قرار می گیرد. الکترودها با متابولیسم انرژی میکروبی تداخل دارند و فشاری گزینشی که بطور نرمال در اکوسیستمهای زیست محیطی وجود ندارد اعمال می نمایند. نانولوله های کربنی به دلیل خواص عالی الکتریکی و مکانیکی می توانند در چنین سیستم های الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گیرند. در این پروژه جهت استفاده از نانولوله ها در سیستم الکتروشیمیایی پیل سوختی میکروبی، ابتدا زیست فعالی این نانو ذرات مورد بررسی قرار گرفت و با اعمال واکنش های شیمیایی و فیزیکی زیست فعالی آن افزایش پیدا کرد، به طوری که اثر افزایش زیست فعالی با تعریف گروه های عاملی بر سطح خارجی این ذرات لوله ای شکل با قطر نانومتری موجب رشد بیشتر میکروارگانیسم مورد مطالعه (ساکارومایسس سرویزیه) شد. عامل دار نمودن نانولوله ها باعث پایداری، در پخش نانولوله ها در محیط آنولیت به مدت چند ماه شد که از این خاصیت برای بهبود مکانیسم انتقال الکترونی خارج سلولی الکترون از غشا مخمر به سطح الکترود استفاده شد. با افزایش 25/0% درصد نانولوله به محیط آنولیت و ایجاد نانوآنولیت، افزایش 68 درصد در ولتاژ مدار باز بدست آمد. برای تثبیت واسطه انتقال الکترونی، جهت بهبود خواص الکتروشیمیایی سطح الکترود، از نانولوله های کربنی به عنوان پوشش و ایجاد لایه ای با ساختار متخلخل بر سطح الکترود استفاده شد. آزمایش ها حاکی از افزایش 83% درصد در سطح ویژه در الکترود پوشش خورده با 25/0% درصد نانولوله کربنی است. آزمایش سطوح پوشش خورده در پیل سوختی میکروبی نیز افزایش ولتاژ مدار باز را به میزان 47% با بار پوششی 25/1% درصد نانولوله کربنی نشان داد.