Bioelektrochemický reaktor - Bioelectrochemical reactor

Bioelektrochemické reaktory jsou typem bioreaktor kde bioelektrochemické procesy mohou probíhat. Používají se v bioelektrochemických syntézách, sanace životního prostředí a elektrochemická přeměna energie. Příklady bioelektrochemických reaktorů[1][2] zahrnout buňky mikrobiální elektrolýzy, mikrobiální palivové články a enzymatické buňky biopaliva a elektrolytické články, buňky mikrobiální elektrosyntézy, a biobaterie.Tento bioreaktor je rozdělena do dvou částí: anoda, Kde oxidace reakce probíhá; A katoda, Kde snížení dojde.

Dějiny

V roce 1911 M. Potter popsal, jak by mikrobiální přeměny mohly způsobit snížení výkonu, a tím i elektrického proudu. O dvacet let později Cohen (1931) zkoumal schopnost bakterií produkovat elektrický tok a poznamenal, že hlavním omezením je malá kapacita mikroorganismů na současnou generaci. Trvalo to až do 60. let, kdy Berk a Canfield (1964) postavili první mikrobiální palivový článek (MFC).

V dnešní době se výzkum bioelektrochemických reaktorů exponenciálně zvyšuje. Tato zařízení mají skutečné aplikace v oblastech, jako je úprava vody, výroba a skladování energie, výroba zdrojů, recyklace a využití.

Zásady

Elektronový proud je vlastní mikrobiálnímu metabolismu. Mikroorganismy přenášejí elektrony z donoru elektronů (druhy s nižším potenciálem) na akceptor elektronů (druhy s vyšším potenciálem). Pokud je akceptorem elektronů externí iont nebo molekula, proces se nazývá dýchání. Pokud je proces vnitřní, elektronový přenos se nazývá fermentace. Mikroorganismy se snaží maximalizovat svůj energetický zisk výběrem akceptoru elektronů s nejvyšším dostupným potenciálem. V přírodě se snižují hlavně minerály obsahující oxidy železa nebo manganu. Rozpustné akceptory elektronů jsou často vyčerpány v mikrobiálním prostředí. Mikroorganismus může také maximalizovat svou energii výběrem dobrého dárce elektronů, který lze snadno metabolizovat. Tyto procesy se provádějí přenosem extracelulárních elektronů (EET).[1]Teoretický energetický zisk ΔG pro mikroorganismy přímo souvisí s potenciálním rozdílem mezi akceptorem elektronů a dárcem. Ale neúčinnost, jako je vnitřní odpor, sníží tento energetický zisk.[3] Výhodou těchto zařízení je jejich vysoká selektivita a ve vysokorychlostních procesech omezených kinetickými faktory. Nejčastěji studované druhy jsou Shewanella oneidensis a Geobacter sulfurreducens. V posledních letech však bylo studováno více druhů.

Dne 25. března 2013 vědci z University of East Anglia byli schopni přenést elektrický náboj tím, že nechali bakterie dotknout se kovového nebo minerálního povrchu. Výzkum ukazuje, že je možné „uvázat“ bakterie přímo na elektrody.[4]

V populární kultuře

Viz také

Reference

  1. ^ A b Bioelektrochemické systémy: od přenosu extracelulárních elektronů po biotechnologické aplikace. IWA. 2010. str. 488. ISBN  978-1843392330.
  2. ^ Kuntke, P .; Śmiech, K. M .; Bruning, H .; Zeeman, G .; Saakes, M .; Sleutels, T. H. J. A; Hamelers, H. V. M .; Buisman, C. J. N. (2012). „Obnova amoniaku a výroba energie z moči mikrobiálním palivovým článkem“. Vodní výzkum. 46 (8): 2627–2636. doi:10.1016 / j.watres.2012.02.025. PMID  22406284.
  3. ^ Heijnen J.J .; Flickinger M.C .; Drew S.W. (1999). Technologie bioprocesu: fermentace, biokatalýza a bioseparace. New York: JohnWiley & Sons, Inc. str. 267–291. ISBN  978-0-471-13822-8.
  4. ^ Čistá elektřina od bakterií? Vědci dělají průlom v závodech o vytvoření „bio-baterií“ Vědomě, 25. března 2013

externí odkazy

  • Sasaki, Kengo; Morita, Masahiko; Sasaki, Daisuke; Hirano, Shin-Ichi; Matsumoto, Norio; Ohmura, Naoya; Igarashi, Yasuo (2011). „Methanogenní společenství na elektrodách bioelektrochemických reaktorů bez membrán“. Journal of Bioscience and Bioengineering. 111 (1): 47–9. doi:10.1016 / j.jbiosc.2010.08.010. PMID  20840887.
  • Ghafari, Shahin; Hasan, Masitah; Aroua, Mohamed Kheireddine (2009). „Sanace dusičnanů v novém upstreamovém bioelektrochemickém reaktoru (UBER) používajícím jako aktivní katodový materiál aktivní uhlí na dlani“. Electrochimica Acta. 54 (17): 4164–71. doi:10.1016 / j.electacta.2009.02.062.
  • Goel, Ramesh K .; Flora, Joseph R.V. (2005). „Sequential Nitrification and Denitrification in a Divided Cell Attached Growth Bioelectrochemical Reactor“. Věda o environmentálním inženýrství. 22 (4): 440–9. doi:10.1089 / ees.2005.22.440.
  • Watanabe, T; Jin, HW; Cho, KJ; Kuroda, M (2004). „Aplikace procesu bioelektrochemického reaktoru k přímému čištění odpadních vod z moření kovů obsahujících těžké kovy a vysoce pevné dusičnany“. Věda o vodě a technologie. 50 (8): 111–8. doi:10.2166 / wst.2004.0501. PMID  15566194.