Investigation of bioelectrochemical transport mechanisms using different microorganisms in environmental engineering applications
Biyoelektrokimyasal taşınım mekanizmalarının çevre mühendisliği uygulamalarında farklı mikroorganizma türleri kullanılarak incelenmesi
- Tez No: 762150
- Danışmanlar: PROF. DR. SELİM LATİF SANİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 186
Özet
Çevremizin mevcut durumunu düşündüğümüzde, iklim değişikliği, atık arıtma ve enerji üretimi için sürdürülebilir çözümler geliştirmek önem kazanmıştır. Biyoelektrokimya veya mikrobiyal elektrokimya, kapsamında kullanılan hücre dışı elektron transfer mekanizması ile bu hedeflerde ilerleme kaydedilebilecek bir disiplindir. Bu tez çalışmasında, sürdürülebilirlik hedeflerine katkı sağlamak amacıyla üç farklı laboratuvarda bahsedilen disiplinin alt dalları içinde kategorize edilebilecek birbiriyle ilişkili ancak bağımsız üç çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sırasıyla;“CO2 yakalamak için denizel sedimanda olivin mineralinin kimyasal ayrışmasında kablo bakterilerin potansiyel rolü”,“Ekzoelektrojenler için karbon kaynağı olarak stabilize çamur kullanılarak mikrobiyal yakı hücresi (MYH) ile yeraltı suyunda nitrat indirgenmesi”ve“organik boya renk giderimde görünür ışık destekli biyo-foto-elektrokataliz (BPEC) sisteminin kullanılması”İlk çalışmada, cm ölçeğinde hücre dışı elektron transfer yeteneğine sahip bir mikroorganizma olan kablo bakterilerinin, sucul ortamı biyokimyasal olarak değiştirerek atmosferden karbondioksit yakalanması için potansiyel bir kullanıma sahip olduğunu gösterdik. %10 ve %20 olivin içeren numunelerde 2 hafta içerisinde pH düşüşü ve H2S tüketiminin artışı, sedimanda 2 cm'den sonra SiO2 birikimi görülmüştür. Sonuçlar bize alkalinite konsantrasyonunu arttırmak için çözünme hızının arttırılması gerektiğini göstermektedir. İkinci çalışmada, anot bölmesinde sentetik atık su ve çamur kullanımı ile sentetik yeraltı suyundan nitrat giderimi sağlanmıştır. Katot bölmesinde nitratın birinci dereceden reaksiyon ile giderilmiştir. Ekzoelektrojenlerin varlığını ve aktivitesini gösteren elektrik potansiyeli tüm reaktörlerde gözlenmiştir. Üçüncü ve son çalışmada, mikrobiyal elektron üretimi ile desteklenen elektrokatalizin, tek başına fotokataliz ve fotoelektrokataliz destekli boya gideriminden daha yüksek performans gösterdiğini görülmüştür. TiO2 katalizörü, renk giderim etkinliği anlamlı ölçüde kaybolmadan 5 kez yeniden kullanılmıştır. Literatürdeki Fe3O4/TiO2 kompozit çalışmaları ile karşılaştırıldığında, düşük ışık şiddeti altında daha düşük orada TiO2 kullanarak aynı performansın elde edildiği gösterilmiştir. Yukarıda bahsedilen tüm sonuçlar, hücre dışı elektron transfer mekanizmalarının biyoelektrokimyasal uygulamalarda yaygın bir kullanım alanına sahip umut vadeden bir teknoloji çözümü olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Considering the current state of our environment, it has become crucial to develop sustainable solutions for climate change, waste treatment and energy production. Bioelectrochemistry or microbial electrochemistry is a discipline that can progress towards these goals with the extracellular electron transfer mechanisms used in its scope. In this thesis, three related but independent studies, which can be categorized within the sub-branches of the discipline, were carried out in three different laboratories in order to contribute to the sustainability goals. These studies are respectively;“Potential role of Cable Bacteria in the chemical weathering of olivine in marine sediments for CO2 capture”,“Nitrate reduction in groundwater with MFC using stabilized sludge as the carbon source for exoelectrogens”and“Decolorization of an organic dye by visible light assisted bio-photo-electrocatalysis (BPEC) system”. In the first study, we have shown that cable bacteria, a microorganism capable of extracellular electron transfer at cm scale, has a potential use for capturing carbon dioxide from the atmosphere by biochemically altering the aquatic environment. In samples containing 10% and 20% olivine, pH decreased and H2S consumption increased within 2 weeks, and SiO2 accumulation was observed in the sediment after 2 cm. The results show us that the dissolution rate should be increased to increase the alkalinity concentration. In the second study, nitrate removal from synthetic groundwater was achieved by using synthetic wastewater and sewage sludge in the anode chamber. The nitrate in the cathode chamber is reduced by a first-order reaction. Electric potentials indicating the presence and activity of exoelectrogens was observed in all reactors. In the third and final study, it was observed that electrocatalysis assisted by microbial electron generation outperformed photocatalysis and photoelectrocatalysis-assisted dye removal alone. The TiO2 catalyst was reused 5 times before the decolorization efficiency was significantly dropped. Compared with the Fe3O4/TiO2 composite studies in the literature, it has been shown that the same performance is achieved by using lower TiO2 ratio under low light intensity. All the above-mentioned results show that extracellular electron transfer mechanisms are a promising technology solution with widespread use in bioelectrochemical applications.
Benzer Tezler
- Exploring the use of microbial fuel cells for sewage treatment on cargo and cruise ships
Kargo ve yolcu gemilerinde atık su arıtımı için mikrobiyal yakıt hücrelerinin kullanımının araştırılması
HÜSEYİN FATİH NACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GAZİ KOÇAK
- Investigation of bioelectrochemical treatment efficiency for removal of boron from geothermal waters
Jeotermal sulardan bor gideriminde biyoelektrokimyasal arıtma veriminin incelenmesi
AYŞEGÜL YAĞMUR GÖREN KARA
Doktora
İngilizce
2022
Çevre Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE ESER ÖKTEN
PROF. DR. ALPER BABA
- Investigation of performance losses in microbial fuel cells with low platinum loadings on air-cathodes
Hava katotlarında düşük platin yüklemelerine sahip mikrobiyal yakıt hücrelerinin performans kayıplarının incelenmesi
EDA SÖNMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN BERMEK
- Mikrobiyal yakıt hücreleri kullanılarak SARS-CoV-2 yüzey antijeninin sentetik atık sudan giderimi ve eş zamanlı elektrik üretimi
Investigation of bioremediation of SARS-CoV-2 contaminated wastewaters using microbial fuel cells
SILA ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyoteknolojiÜsküdar ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNÇ ÇATAL
- Grafen takviyeli alüminyum ve titanyum kompozitlerin elektrokimyasal empedans spektroskopisi ile korozyon davranışlarının incelenmesi
Investigation of the corrosion behavior of graphenereinforced aluminum and titanium composites byelectrochemical impedance spectroscopy
HADI KHEZERLOU
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEVLÜT GÜRBÜZ