1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Электрохимия
  4. T. 59, № 9, 2023

Электрохимия, 2023, T. 59, № 9, стр. 510-516

Электрохимические параметры микробных топливных элементов на основе штамма Micrococcus luteus, новых ионообменных мембран и различных сахаров

А. Н. Чеснокова a, *, С. А. Закарчевский a, Г. О. Жданова b, Д. И. Стом a, b, c, **

a Иркутский национальный исследовательский технический университет
Иркутск, Россия

b Иркутский государственный университет
Иркутск, Россия

c Байкальский музей СО РАН
п. Листвянка, Иркутская область, Россия

* E-mail: chesnokova@istu.edu
** E-mail: stomd@mail.ru

Поступила в редакцию 30.03.2022
После доработки 15.01.2023
Принята к публикации 06.02.2023

Аннотация

В работе изучали физико-химические и электрохимические характеристики микробных топливных элементов (МТЭ) с новой протонообменной мембраной. Она синтезирована на основе сшитого сульфоянтарной кислотой поливинилового спирта, допированного цеолитом ВЕА (ПВС-СЯК-ВЕА). В качестве сравнительного образца использовали промышленную мембрану МФ-4СК (Пластполимер, Россия). Субстратами служили различные сахара (глюкоза, арабиноза, галактоза, ксилоза). Роль биоагента выполнял штамм Micrococcus luteus 1-и. МТЭ с мембранами ПВС-СЯК-ВЕА и МФ‑4СК показали довольно близкие электрохимические характеристики. Более высокий выход электричества отмечали при добавлении глюкозы, галактозы, наименьший – при использовании ксилозы. Полученные данные свидетельствует о перспективности применения предложенной мембраны ПВС-СЯК-ВЕА в качестве альтернативы широко используемым в технологии топливных элементов протонообменным мембранам.

Ключевые слова: микробный топливный элемент, протонообменная мембрана, Micrococcus luteus, поливиниловый спирт

Список литературы

  1. Ramya, M. and Kumar, P.S., A review on recent advancements in bioenergy production using microbial fuel cells, Chemosphere, 2022, vol. 288, part 2, 132512. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132512

  2. Wilberforce, T., Abdelkareem, M.A., Elsaid, K., Olabi, A.G., and Sayed, E.T., Role of carbon-based nanomaterials in improving the performance of microbial fuel cells, Energy, 2022, vol. 240, 122478. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.122478

  3. Boas, J.V., Oliveira, V.B., Simões, M., and Pinto, A.M.F.R., Review on microbial fuel cells applications, developments and costs, J. Environmental Management, 2022, vol. 307, 114525. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114525

  4. Mohyudin, S., Farooq, R., Jubeen, F., Rasheed, T., Fatima, M., and Sher, F., Microbial fuel cells a state-of-the-art technology for wastewater treatment and bioelectricity generation, Environmental Res., 2022, vol. 204, part D, 112387. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112387

  5. Liu, L., Zhou, X., Wang, Y., Li, S., Yin, R., Ji, X., Zhao, X., and Li, B., Study of high active and redox-stable La0.9Ca0.1Fe0.9Nb0.1O3-δ/Sm0.1Ce0.9O2−δ composite ceramic electrode for solid oxide reversible cells, Electrochim. Acta, 2017, vol. 236, p. 371. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.03.195

  6. Moon, J.M., Kondaveeti, S., and Min, B., Evaluation of low-cost separators for increased power generation in single chamber microbial fuel cells with membrane electrode assembly, Fuel Cells, 2015, vol. 15, no. 1, p. 230. https://doi.org/10.1002/fuce.201400036

  7. Hendrana, S., Chaldun, E.R., Pudjiastuti, S., Rahayu, I., Natanael, C.L., Oktaverina, D., and Semboor, M.S., Heterogeneous sulphonation of polystyrene for polymer electrolyte membrane fuel cell application, Macromolec. Symp., 2013, vol. 327, vol. 1, p. 80. https://doi.org/10.1002/masy.201350509

  8. Bai, Z., Durstock, M.F., and Dang, T.D., Proton conductivity and properties of sulfonated polyarylenethioether sulfones as proton exchange membranes in fuel cells, J. Membr. Sci., 2006, vol. 281, no. 1–2, p. 508. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.04.021

  9. Umar, M.F., Rafatullah, M., Abbas, S.Z., Mohamad, I.M.N., and Ismail, N., Advancement in Benthic Microbial Fuel Cells toward Sustainable Bioremediation and Renewable Energy Production, Internat. J. Environmental Res. and Publ. Health, 2021, vol. 18(7), 3811. https://doi.org/10.3390/ijerph18073811

  10. Wang, H., Chen, P., Zhang, Sh., Jiang, J., Hua, T., and Li, F., Degradation of pyrene using single-chamber air-cathode microbial fuel cells: Electrochemical parameters and bacterial community changes, Sci. Total Environment, 2022, vol. 804, 150153. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150153

  11. Dai, Q., Zhang, S., Liu, H., Huang, J., and Li, L., Sulfide-mediated azo dye degradation and microbial community analysis in a single-chamber air cathode microbial fuel cell, Bioelectrochem., 2020, vol. 131, 107349. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2019.107349

  12. Chesnokova, A.N., Zhamsaranzhapova, T.D., Zakarchevskiy, S.A., Kulshrestha, V., Skornikova, S.A., Makarov, S.S., and Pozhidaev, Yu.N., Effect of zeolite content on proton conductivity and technical characteristics of the membranes based on crosslinked polyvinyl alcohol, Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Appl. Chem. and Biotechnol., 2020, vol. 10, no. 2, p. 360. (In Russian) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-360-367

  13. Stom, D.I., Konovalova, E.Yu., Zhdanova, G.O., Tolstoy, M.Yu., and Vyatchina, O.F., Active sludge and strains isolated from it as bioagents in biofuel cells / 17th Internat. Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2017, Conf. proc., 2017, vol. 17, Issue 42, p. 19. https://doi.org/10.5593/sgem2017/42/S17.003

  14. Kuznetsov, A.V., Khorina, N.N., Konovalova, E.Yu., Amsheev, D.Yu., Ponamoreva, O.N., and Stom, D.I., Bioelectrochemical processes of oxidation of dicarboxylic amino acids by strain Micrococcus luteus 1-I in a biofuel cell, IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Sci., 2021, vol. 808, 012038. https://doi.org/10.1088/1755-1315/808/1/012038

  15. Lebedeva, O.V., Pozhidaev, Yu.N., Malakhova, E.A., Raskulova, T.V., Chesnokova, A.N., Kulshrestha, V., et al., Sodium p-styrene sulfonate-1-vinylimidazole copolymers for acid-base proton-exchange membranes, Membr. and Membr. Technol., 2020, vol. 2, p. 76. https://doi.org/10.1134/S2517751620020079

  16. Volkov, V.I., Pavlov, A.A., and Sanginov, E.A., Ionic transport mechanism in cation-exchange membranes studied by NMR technique, Solid State Ionics, 2011, vol. 188(1), p. 124.

  17. Stenina, I.A. and Yaroslavtsev, A.B., Ionic Mobility in Ion-Exchange Membranes, Membranes, 2021, vol. 11, 198. https://doi.org/10.3390/membranes11030198

  18. Yaroslavtsev, A.B., Solid electrolytes: Main prospects of research and development, Russ. Chem. Rev., 2016, vol. 85, p. 1255. https://doi.org/10.1070/RCR4634

  19. Peng, J., Tian, M., Cantillo, N.M., and Zawodzinski, T., The ion and water transport properties of K+ and Na+ form perfluorosulfonic acid polymer, Electrochim. Acta, 2018, vol. 282, p. 544. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.06.035

  20. Shi, S., Weber, A.Z., and Kusoglu, A., Structure-transport relationship of perfluorosulfonic-acid membranes in different cationic forms, Electrochim. Acta, 2016, vol. 220, p. 517. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.10.096

  21. Okada, T., Xie, G., Gorseth, O., Kjelstrup, S., Nakamura, N., and Arimura, T., Ion and water transport characteristics of Nafion membranes as electrolytes, Electrochim. Acta, 1998, vol. 43, p. 3741. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(98)00132-7

  22. Heyrovska, R., Dependence of ion-water distances on covalent radii, ionic radii in water and distances of oxygen and hydrogen of water from ion/water boundaries, Chem. Phys. Lett., 2006, 429, p. 600.

  23. Konovalova, E.Yu., Barbora, L., Chizhik, K.I., and Stom, D.I., Micrococcus luteus and Serratia marcescens, as a new association of bio-agents for microbial fuel cells, IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Sci., 2020, vol. 408, 012080. https://doi.org/10.1088/1755-1315/408/1/012080

  24. Choi, Y., Jung, E., Park, H., Jung, S., and Kim S., Effect of Initial Carbon Sources on the Performance of a Microbial Fuel Cell Containing Environmental Microorganism Micrococcus luteus, Korean Chem. Soc., 2007, vol. 28, no. 9, p. 1591.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Электрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал