Использование мощности микробных топливных элементов: устойчивый прорыв энергии

Рабочая MFC с использованием электродов на основе N-S-CNP, генерирующих 0,7 В при обработке сточных вод сточных вод.Кредит: доктор Шив Сингх

В этой статье я хочу отправиться в путешествие в мир MFCS и поделиться своим волнением по поводу прорывов, которые мы наблюдаем.

Представьте себе, если бы мы могли взять один из самых печально известных источников загрязнения, выхлопных выхлопных пособий и превратить его в ценный актив.Это именно то, что MFC делают в нашем исследовании, опубликованном в журнале Chemical Engineering.Они используют углеродные наночастицы (CNP), компонент сажи, в качестве эффективного электрода.

Этот простой акт перепрофилирования отходов не только уменьшает загрязнение воздуха, но также дает нам чистый и возобновляемый источник энергии.Я был очарован, узнав, что эти CNP имеют уникальную наноструктуру-концентрические кольца нанонони.Это как собственный дизайн природы для эффективной выработки электроэнергии.Но настоящая магия возникает, когда мы вводим модифицированные мезопоподобные фрактально-подобные CNP (N-S-CNP), в MFC.

Углерод, легированный Heteroatom, с его электронными одинокими парами, играет решающую роль в усилении внутренней и восстановительной каталитической активности кислорода в MFC.Это означает, что N-S-CNP не только обрабатывают сточные воды, но и более эффективно производят электроэнергию.Результаты поразительны - напряжение открытой цепи 0,8 ± 0,025 В, плотность тока 9,200 ± 100 мА/м2 и максимальная плотность мощности 2200 ± 50 мВт/м2.

Но что именно делает эти N-S-CNP такими особенными?Все дело в улучшении взаимосвязанных каналов массового переноса, расширении площади электроактивной поверхности, повышении гидрофильности и повышении графитизации.Эти элементы способствуют впечатляющему снижению химического кислорода (ХПК).

Теперь давайте поговорим о незамеченных героях MFCS - Bacteria.Через секвенирование рРНК 16S ученые обнаружили пять различных видов бактерий в местной канализационной воде, работающих в гармонии в биопленке.Среди них Serratia Marcescens и Raoultella ornithinolytica заслуживают особого упоминания за их роль в формировании надежной биопленки.

Тест на цитохромсидазу подтверждает, что Pseudomonas aeruginosa является звездным игроком, способствующим быстрому транспорту электронов.Одним из самых захватывающих откровений является то, как толстая биопленка на поверхности анода накапливает большое количество электронов.Это секрет превосходной производительности MFC.

Быстрый рост биопленки, обусловленный Raoultella ornithinolytica и Serratia Marcescens, обеспечивает эффективное преобразование субстрата.Но это не останавливается на этом.Гетероатомы - N, S и O -Deserve Credit за повышение гидрофильности и площади электроактивной поверхности.Эти элементы также поощряют приверженность и стабильность биопленки.Кроме того, введение видов серы ускоряет реакцию восстановления кислорода, что делает его более эффективным.

Это как микробный оркестр, где каждый участник играет жизненно важную роль, превращая отходы в власть.Эта симбиотическая связь между бактериями и N-S-CNP лежит в основе эффективности MFC

Когда дело доходит до принятия электронов, N, S и O Outshine Carbon.Присутствие этих гетероатомов создает более активные участки, увеличивая возможности для роста биопленки и ORR.Кроме того, исследование предполагает, что массопередача значительно влияет на производительность MFC.Хотя трудно напрямую сравнивать различные MFC из-за различных конструкций и условий, данные ясно показывают, что электроды N-S-CNP превосходят свои аналоги в литературе.

Помимо производства энергии, эти электроды N-S-CNP играют важную роль в очистке сточных вод.Достижение снижения трески на ~ 70% всего за семь дней демонстрирует их мастерство в очистке наших водных путей.Поскольку мы сталкиваемся с экологическими проблемами, такие технологии неоценимы для более чистого мира.

Теперь, когда мы понимаем науку, стоящую за ней, давайте размышляем над практическими последствиями.Результаты нашего исследования показывают новаторский путь вперед.Электроды на основе N-S-CNP не только эффективны, но и экономически эффективны.Это открытие может изменить игру в разработке и коммерциализации MFC.

Глядя на более широкую картину, мы не можем игнорировать значение этого прорыва.Выхлопная сажа, когда -то символ деградации окружающей среды, теперь обладает потенциалом для обеспечения нашего будущего.MFC на основе N-S-CNP, с их впечатляющими результатами, являются маяком надежды в нашем стремлении к устойчивым энергетическим решениям.

В заключение, будущее выглядит ярким для электродов на основе N-S-CNP и их приложений.Они уже доказали свою силу как эффективные электрокатализаторы для различных топливных элементов и конденсаторов.Но их потенциал выходит за рамки этого - они могут революционизировать очистку сточных вод, производство энергии и экологическую устойчивость.

Когда мы размышляем над этим путешествием в мир MFCS, ясно одно - инновация является ключом к более чистому, зеленому завтра.Используя силу науки и техники, мы можем превратить даже самые мрачные загрязнители в маяк надежды для нашей планеты.MFC на основе N-S-CNP является свидетельством изобретательности человека и нашей приверженности более устойчивому будущему.Давайте примем эти достижения и работаем вместе, чтобы создать мир, где более чистая энергия и более здоровая среда идут рука об руку.

Эта история является частью диалога Science X, где исследователи могут сообщить о результатах из своих опубликованных исследовательских статей.Посетите эту страницу для получения информации о диалоговом окне Sciencex и о том, как участвовать.

Больше информации: Yashmeen Budania и др., Много гетероатома, легированные транспортными средствами.Doi: 10.1016/j.cej.2023.145627

Биография: Доктор Шив Сингх-выдающийся ученый, базирующийся в Институте исследований и исследований в области материалов и процессов, связанных с CSIR, в динамичном городе Бхопал, Индия.Кроме того, он служит доцентом в Acsir.Академическое путешествие доктора Сингха было отмечено замечательными достижениями, кульминацией которых является завершение его доктора философии.В ходе химического машиностроения из Индийского технологического института, Канпур, подвиг, который он совершил в период с 2010 по 2015 год. Доктор Сингх обладает уникальным и бесценным набором навыков, специализирующихся на синтезе экономически эффективных графитовых материалов углеродного электрода с использованием химического осаждения пара.Его опыт ставит его на передний план передовых исследований.В своей нынешней роли доктор Сингх активно участвует в новаторских областях, таких как микробные топливные элементы, микробные ячейки электролиза, электроми-химическое снижение CO2 и разработка инновационных электрохимических датчиков для мониторинга загрязнителей воды.Его работа значительно способствует решению критических глобальных проблем в области устойчивой энергии и экологического восстановления.