Atık Su Temizliği için Bakteri Kaplı Nanofiber
Gelişen ve hızla büyüyen bir çevresel teknoloji alanı olan mikrobiyal elektrokimya, sadece atık suların işleme tabi tutulmasında değil, aynı zamanda bu atık suların yenilenebilir enerji için kaynak olarak kullanılmasında da rol oynuyor.
Elektrik üretmek için daha verimli, ucuz ve çevre dostu yöntemler geliştirmeye gayret eden bir grup araştırmacı bu teknolojiyi endüstriyel amaçlı geliştirmek için çalışıyor. Journal of Power Sources (Güç Kaynakları Dergisi) tarafından yayımlanan bir araştırmaya göre, Cornell Üniversitesi’nin Biyoloji ve Çevre Mühendisliği bölümünden bir grup araştırmacı kendi biyoelektrokimyasal sistemi (BES) üzerinden üretilen elektrik akımını arttırabilen bir karbon nanofiber (nanolif) elektrodu geliştirdiler.
Çok yönlü bir alan olarak mikrobiyoloji, mühendislik, malzeme bilimi, elektrokimya ve daha birçok uzmanlığı birleştiren mikrobiyal elektrokimya, işlevsel platform olarak kendi mikrobiyal elektrokimyasal sistemine (MES) bel bağlıyor. Enerjinin bu sistemler tarafından dönüştürülme şekli farklı olsa bile, bütün sistemler bünyesinde doğada çözünebilir madde içeren bir anot barındırıyor. Atık su kaynakları içinde bulunan bu maddeler elektrik akımı üretmek için sistemde bulunan ve biyokatalizatör görevi üstlenen mikroorganizmalar tarafından okside ediliyor.
Su arıtma sürecini sadece gelecekte kullanılabilecek enerjinin elde edilmesine değil, aynı zamanda arıtılmış suyun içindeki besin, su veya diğer değerli ürünlerin kazanılmasına da olanak sağlayan MES, ekonomik olarak avantajlı ve eşsiz bir çevresel yöntem sunuyor. Verimli bir şekilde atık su arıtan MES, aynı zamanda elektrik enerjisi, biyogaz ve bazı değerli kimyasallar da üretiyor. Karmaşık bir hücre yapısının olmasının yanı sıra, yüksek bir maliyete sahip olduğu için endüstriyel derecede pratik olarak uygulamaya konması zaman alıyor.
Largus Angenet tarafından yönetilen Cornell araştırmacıları, Northeastern Üniversitesi ile işbirliği içinde elektrospin yöntemiyle karbon nanofiber (nanolif) elektrodu yarattılar. Bu elektrot ise PEDOT olarak kısaltılabilen iletken polimer malzemesi poli(3,4-etilendioksityofen) ile kaplı. Elektrodu kaplayan bu maddenin özelliklerinden birkaçı yüksek kimyasal stabiliteye, az derecede bant boşluğuna ve düşük bir redoks potansiyeline sahip olması. Bununla birlikte nötr pH değerinde elektriksel iletkenliği ve kapasitesinin oldukça yüksek olması da önemli rol oynayan diğer etkenler.
Elektrotların üstündeki PEDOT çökeltisi güç üretimini %10-50 gibi kayda değer bir oranda arttırmakla beraber, aynı zamanda platinyum katalizatörüyle kıyaslandığında çok daha ucuz olduğu ortaya çıkıyor. Elektrospin yöntemi ile üretilen poliakrilonitril (PAN) parçaları işleniyor ve daha sonra karbon nanofiber elektrotlarına dönüştürülüyor. “Geobacter sulfurreducens” aşılanmış biyoelektrokimyasal sistemlerde kullanılabilecek hale getirilen bu elektrotlar sonuç olarak PEDOT ile kaplanıyor.
Araştırmacılar, yeni geliştirilen elektrotların iletkenliğini, fiber(lif/ağ) çapını, spesifik yüzey alanını ve gözenekliliğini test etmek için Raman Spektroskopisi ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi’sinden (FTIR) yararlandılar. Elektrotların elektrokimyasal özelliklerini analiz edebilmek için ise dönüşümlü voltametri yöntemini kullandılar. Araştırmacıların bulgularına göre bu sistem platinyum veya karbon nanotüp yerine gözenekliliği, biyouyumluluğu, üretim kolaylılığı ve özelleştirilmiş olması ile bilinen iletken bir madde olan elektrospin yöntemli karbon nanofiber ve PEDOT ile kurulursa, sistemde üretilecek akım %40-50 oranında artış gösteriyor.
Elektrodun PEDOT ile kaplanması sayesinde yüzey alanı %85 oranında artıyor ve mikrobiyal kaynağın reaksiyona girebileceği biyolojik alan da böylece arttırılmış oluyor. Sonuç olarak daha fazla akım üretimi sağlanıyor.
Arttırılan yüzey alanı bakterilerin elektrotta bulunmaları için daha kalın ve yaygın bir biyofilme sahip olmalarını mümkün kılıyor. Buna rağmen yüzey alanındaki bu değişikliğin ve kalınlığın elektrodun faaliyetini nasıl etkileyeceği üzerine çalışılması gerektiği düşünülüyor. Araştırmacıların karbon nanofiber/PEDOT biyoelektrokimyasal sistemlerinin elektrik akımı üretmek için alternatif
seçenekler olduğunu kanıtlamasına rağmen, bu türden bir avantajın pratiğe dökülmesi için daha fazla araştırma gerekli olduğu inkar edilemez.
Kaynak : azocleantech.com
