Photoelectrochemical hydrogen production by using halobacterium halobium
Halobacterium halobium kullanarak fotoelektrokimyasal yöntemle hidrojen gazı üretimi
- Tez No: 68350
- Danışmanlar: PROF. DR. İNCİ EROĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Halobacterium halobium, Selüloz Asetat Zar, Elektokimyasal Hidrojen Üretimi, Biyofotoelektrokimyasal Reaktör, Bacteriorhodopsin, Fotoelektroliz vuı, Halobacterium halobium, Cellulose Acetate Membranes, Electrochemical Hydrogen Production, Biophotoelectrochemical Reactor, Bacteriorhodopsin, Photoelectrolysis
- Yıl: 1997
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
öz HALOBACTERIUMHALOBIUM KULLANARAK FOTOELEKTROKİMYASAL YÖNTEMLE HİDROJEN GAZI ÜRETİMİ Sediroğlu, Vedat Doktora, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof.Dr. İnci Eroğlu Ortak Tez Yöneticisi: Prof.Dr. Meral Yücel Eylül 1997, 141 sayfa Halobacterium halobium (H.halobium) hücre zarında, mor zar parçacıklarında ışık ile proton pompalama özelliğine haiz olan ve bacteriorhodopsin (BR) adı verilen retinal bir protein ihtiva eden fotosentetik bir bakteridir. Bu çalışmada öncelikle en yüksek BR ihtiva eden H.halobium 'un en uygun üreme koşullan, hacmi 50 mi ile 2000 mi arasında değişen, değişik fotobiyoreaktörlerde bulunmuştur. H.halobium uygun havalandırma ve karıştırma hızlan ile dört günde üretilmiştir. Bu araştırmada tuz çözeltisinde fotoelektrokimyasal yöntemle hidrojen elde edilmesine bacteriorhodopsinin herhangi bir katkısı olup olmayacağı incelenmiştir. Bu amaçla bir litrelik kesikli çalışan sabit sıcaklıkta tutulabilen cam bir reaktör tasarlanmış ve kurulmuştur. Katot olarak platin, anot olarak da gümüş levha vıkullanılmıştır. Deneyler 25°C yapılmış ve deney süresince, uygulanan voltaj, akım, pH ve sıcaklık sürekli kaydedilmiştir. Üretilen hidrojen gazının miktarı volumetrik olarak gaz toplama kabında veya kapalı kapta basınç artışı olarak basınç transdüseri ile sürekli ölçülmüştür. Tepkime kabı 50 cm. uzaklıktan 1000 watlik bir projektör lambasıyla aydınlatılmıştır. Çeşitli derişimde tuz ihtiva eden çözeltilerle protein konmadan elekrokimyasal ve fotoelektrokimyasal hidrojen gazı üretimi deneyleri yapılmıştır. Bu kontrol deneyleri sonucunda en uygun koşulların karıştırma hızının 100 rpm, sodyum klorör derişiminin %20 ve en düşük voltaj gereksinimin -0.88 volt olduğu sonucuna varılmıştır. Bacteriorhodopsin ihtiva eden deneyler ya çöktürülmüş H. halobium hücreleriyle ya da mor zar parçacıklanyla yapılmıştır. Çöktürülmüş H. halobium hücrelerinin, selüloz asetat zarların üzerine veya poliakrilamid j ellerin içine, tutuklanması ile gerek hidrojen üretim hızı ve gerekse her bir mol bacteriorhodopsine düşen mol hidrojen üretiminin arttığı gözlenmiştir. En yüksek hidrojen üretim hızı ve ürün miktarı poliakrilemid jel içine tutuklanan çöktürülmüş bakterilerle elde edilmiştir. Bu değerler BR ihtiva etmeyen kontrol deneylerinden elde edilen bulgular ile karşılaştırıldığında BR kullanımıyla her iki değerinde üç ila dört misli arttığı sonucuna varılmıştır. Hidrojen üretiminde en verimli şekilde bacteriorhodopsin kullanımı ise selüloz asetat zarlarının üzerine tutturulan mor zar parçacıklanyla elde edilmiştir. Bu durumda bir mol protein kullanumuna karşılık yedibin mol hidrojen gazı üretilmiştir. En düşük verim ise serbest haldeki çöktürülmüş bakteriyle yapılan deneylerde bulunmuştur, bu değer ise yaklaşık yüzseksendir. Bulgulardan çıkarılan en ilginç sonuç ise aynı miktar hidrojen gazı üretimi için gereken elektirik güç miktarının, bacteriorhodopsinin verimli olarak kullanıldığı tutuklanmış sistemlerde, yaklaşık dört misli azalmasıdır. Bu sonuca dayanarak bacteriorhodopsinin tuz çözeltilerinde fotoelektrokimyasal yöntemle hidrojen gazı üretim hızım arttırmasıyla birlikte bu üretimde önemli ölçüde ışık enerjisinin kullanılmasını sağlayan bir dönüştürücü olduğu kanaatına varılmıştır. vu
Özet (Çeviri)
ABSTRACT THE PHOTOELECTROCHEMICAL HYDROGEN PRODUCTION BY USING HALOBACTERIUMHALOBIÜM Sediroğlu, Vedat Ph.D., Department of Chemical Engineering Supervisor: Prof.Dr. İnci Eroğlu Co-Supervisor: Prof.Dr. Meral Yücel September 1997, 141 pages Halobacterium halobium {H.halobium) is a photosynthetic bacteria containing a retinal protein bacteriorhodopsin (BR) in its purple membrane fragment which behave as a light induced proton pump upon illumination. In this study, the optimum growth conditions of H.halobium which contain maximum BR were investigated in different photobioreactors having a volume of 50-2000 ml. The growth of H.halobium has been achieved within four days with the proper aeration and stirring rate. In this research, the effect of BR on the photoelectrochemical hydrogen production in salt solution has been investigated. For this purpose, a batch glass reactor having one liter capacity has been designed and constructed. The reactor had a a platinum electrode as cathode, a silver electrode as anode. Experiments were performed at 25 °C and voltage applied, current, pH and temperature were recorded continuously during the experiments. The hydrogen gas produced during the experiments was recorded with respect to time either as a volume change in water Ulreplacement burette or as an increase in pressure in a 1.4 liter gas collection vessel by a pressure transducer. The reactor was illuminated by 1000 W of halogen lamp from 50 cm apart. The control experiments which did not involve any protein BR were carried out in order to understand the principles of electrochemical or photoelectrochemical hydrogen production in salt solution containing different salt concentrations. As a result of the control experiments, stirring rate, sodium chloride concentration and voltage applied have been set to 100 rpm, 20 % and -0.88 volt respectively as the optimum experimental conditions. The bio-photoelectrochemical hydrogen production experiments were performed with free H.halobium packed cells and H.halobium packed cells immobilized in polyacrylamide gel (PAG)membrane or immobilized on cellulose acetate membrane(CAM). Some of the experiments were performed with purple membrane fragments immobilized on cellulose acetate membrane. The results were compared with the control experiments, which did not involve any protein BR. It has been concluded that presence of BR upon illumination enhances the hydrogen production rate. This enhancement depends on the amount of BR, immobilization technique and immobilized surface area. Both hydrogen production rate and moles of hydrogen produced per moles of BR have been increased by the immobilization. The maximum hydrogen production rate and total hydrogen produced have been observed with the packed cells immobilized in PAG. It has been concluded that both of these values increased three to four times by using BR when these values were compared with the results obtained from control experiments. The hydrogen production rate increased with increasing BR concentration and higher rates were obtained with much lower BR amount in immobilized systems. The maximum moles of hydrogen produced per moles of BR used has been obtained by purple membrane fragments immobilized on CAM. In such case, 7000 moles of hydrogen produced per moles of BR used. However, the minimum moles of hydrogen produced per moles of BR was obtained in the experiment carried out with the free packed cells. This value was about 180 moles of hydrogen produced per moles of BR used. IVIt should be emphasised that the power requirement for the production of the same amount of hydrogen has been decreased by four times with purple membrane fragments immobilized on CAM compared to the control experiments. Therefore, the presence of BR is not only regulating pH of the system thus,cause increasing hydrogen production rate but also it causes light induced proton dissociation which may lower the required electrical power for the electrochemical conversion. The system presented in this thesis can be a device which can utilize light energy and electrical energy for the photoelectrochemical hydrogen production.
Benzer Tezler
- Photoelectrochemical hydrogen production by using bacteriorhodopsin immobilized in polyacrylamide gel
Poliakrilamit jele tutuklanan bakteriorhodopsin kullanarak foto elektro kimyasal yöntemle hidrojen gazı üretimi
EL-BASTİHİ TAREK
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL YÜCEL
- Fundamental charge transfer and utilization processes of CdS photoanodes for photoelectrochemical hydrogen production from H2O and H2S splitting
H2O ve H2S ayrıştırması ile fotoelektrokimyasal hidrojen üretimi için CdS fotoanotların temel yük transferi ve kullanım süreçleri
ELİF ÖYKÜ ALAGÖZ
- Chalcogenides in photoelectrochemical hydrogen production application and characterization
Fotoelektrokimyasal hidrojen üretiminde kalkogenidlerin uygulamaları ve karakterizasyonları
RANA MUHAMMAD ZUNAIN AYAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATIF KOCA
- Experimental investigation and analyses of continuous type hybrid photoelectrochemical hydrogen production systems
Başlık çevirisi yok
CANAN ACAR
Doktora
İngilizce
2016
Mühendislik BilimleriUniversity of Ontario Institute of TechnologyPROF. DR. İBRAHİM DİNÇER
- Time-resolved investigations on the charge carrier dynamics of CuBi2O4 and Cu2O photocathodes for photoelectrochemical hydrogen evolution reaction
Fotoelektrokimyasal hidrojen evrim reaksiyonu için CuBi2O4 ve Cu2O fotokatotların yük taşıyıcı dinamikleri üzerine zamana bağlı incelemeler
EMİR ARDALI