Mikroalg içeren mikrobiyal yakıt hücrelerinin biyoelektriksel özelliklerinin geliştirilmesi ve atık su arıtımında kullanılmaları
Development of bioelectrical properties of microalgae containing microbial fuel cells and their use in wastewater treatment
- Tez No: 893042
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAŞAR UYAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Enerji, Kimya Mühendisliği, Biotechnology, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 358
Özet
Bu çalışmanın amacı; bir mikrobiyal-mikroalgal yakıt hücresinin performansının substrat olarak hayvansal ve evsel atık su kullanılarak karşılaştırılması, yakıt hücresinin genel verimliliği üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla grafit keçe, karbon keçe, karbon kumaş ve karbon fiber olmak üzere farklı elektrotlar ve 15, 50 ve 127 μm kalınlıklarındaki proton değişim membranlarının etkilerinin incelenmesidir. Çalışma kapsamında, elektrotlar nitrik asit ve çoklu duvarlı karbon nanotüplerle modifiye edilmiş ve bu modifikasyonların mikrobiyal yakıt hücresi sistemindeki iletkenlik, elektrokimyasal aktivite ve performans gibi temel parametreler üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. İşlenmemiş tüm elektrotlar arasında, karbon fiber elektrot 67 mW/m2 ile en yüksek güç yoğunluğunu göstermiştir. Nitrik asitle yüzeyi modifiye edilmiş tüm elektrotlarda, işlem görmemiş elektrotlara kıyasla hem voltaj hem de güç çıkışlarında bir artış gözlenmiştir. İşlem görmemiş elektrotlara benzer şekilde, karbon fiber elektrot 193 mW/m2 güç üreterek en yüksek güç yoğunluğuna ulaşmıştır. Nitrik asit uygulaması, mikrobiyal yakıt hücresi sistemi içinde verimli elektron transferi ve katalitik reaksiyonlar açısından yüksek performans sergilemiştir. Buna rağmen, çok duvarlı karbon nanotüp ile modifiye edilmiş elektrotlar, işlem görmemiş elektrotlara kıyasla daha kararlı voltaj üretimi ile uzun süreli çalışma dayanıklılığı sergilemiştir. Tüm nanotüp kaplanmış elektrotlar arasında karbon fiber elektrotta 107 mW/m2 ile en yüksek güç yoğunluğu gözlemlenmiştir. Her bir modifikasyon yönteminin çok yönlü faydaları belirtilmiş ve mikrobiyal yakıt hücresi teknolojilerinde kapsamlı iyileştirmeler için kullanılabilecek potansiyel sinerjileri vurgulanmıştır. Hayvansal atık su kullanılan mikrobiyal yakıt hücrelerin performansının evsel atık suyun performansını aştığı ortaya koyulmuştur. Nitrik asitle modifiye edilmiş grafit keçe, karbon keçe, karbon kumaş ve karbon fiber elektrotların hayvansal atık su beslemesi yapılan mikrobiyal yakıt hücrelerinde ürettikleri güç yoğunlukları sırasıyla 49 mW/m2, 59 mW/m2, 23 mW/m2 ve 67 mW/m2'dir. Bu değerler evsel atık su ile beslenen mikrobiyal yakıt hücrelerinden sırasıyla %65, %64, %52 ve %39 daha fazladır. Performanstaki bu fark, evsel atık suya kıyasla tipik olarak daha yüksek düzeyde organik madde ve besin içeren hayvansal atık suyun bileşiminden kaynaklanmaktadır.
Özet (Çeviri)
The aim of this study was to compare the performance of a microbial-microalgal fuel cell using animal and domestic wastewater as substrate, and to investigate the effects of different electrodes (graphite felt, carbon felt, carbon cloth and carbon fiber) and proton exchange membranes with thicknesses of 15, 50 and 127 μm on the overall efficiency of the fuel cell. In this study, the electrodes were modified with nitric acid and multi-walled carbon nanotubes and the effects of these modifications on key parameters such as conductivity, electrochemical activity and performance in the microbial fuel cell system were evaluated. Among all untreated electrodes, the carbon fiber electrode showed the highest power density of 67 mW/m2. An increase in both voltage and power outputs was observed for all nitric acid surface modified electrodes compared to untreated electrodes. Similar to the untreated electrodes, the carbon fiber electrode achieved the highest power density, producing 193 mW/m2 of power. Nitric acid treatment exhibited high performance in terms of efficient electron transfer and catalytic reactions within the microbial fuel cell system. Nevertheless, the multi-walled carbon nanotube modified electrodes exhibited long-term operating durability with more stable voltage generation compared to untreated electrodes. Among all nanotube coated electrodes, the highest power density of 107 mW/m2 was observed at the carbon fiber electrode. The multifaceted benefits of each modification method are outlined and their potential synergies that can be utilised for comprehensive improvements in microbial fuel cell technologies are highlighted. It was revealed that the performance of microbial fuel cells using animal wastewater exceeds the performance of domestic wastewater. The power densities produced by nitric acid modified graphite felt, carbon felt, carbon cloth and carbon fiber electrodes in microbial fuel cells fed with animal waste water are 49 mW/m2, 59 mW/m2, 23 mW/m2 and 67 mW/m2, respectively. These values are 65%, 64%, 52% and 39% higher than microbial fuel cells fed with municipal wastewater, respectively. This difference in performance is due to the composition of animal wastewater, which typically contains higher levels of organic matter and nutrients compared to domestic wastewater.
Benzer Tezler
- Oleaginous mikroorganizmalarda mikrobiyal lipit üretimi
Production of microbial lipids by oleaginous microorganisms
TURGAY KANAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Biyolojiİnönü ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEVAL CİNG YILDIRIM
- Integrated nutrient removal and biogas production using microalgal and anaerobic microbial cultures
Mikroalgal ve anaerobik mikrobiyal kültürler ile entegre besiyer madde giderimi ve biyogaz üretimi
AYŞE ÖZGÜL ÇALICIOĞLU ŞENGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. GÖKSEL NİYAZİ DEMİRER
- Effects of nutrients on microalgae growth in anaerobic digestate
Minerallerin anaerobik çıkış suyunda çoğaltılan mikroalglere etkisi
GÖZDE YAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMUT ALTINBAŞ
- Acıgöl (Karapınar-Konya, Türkiye) tufalarının jeolojik, petrografik ve jeokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of geologic, petrographic and geochemical properties of the Acıgöl tufa deposits
BAYRAM EKİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Jeoloji MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞUAYIP KÜPELİ
- Biyoflok içinde mikroalg-bakteriyel konsorsiyomlar üretimi
Algal-bacterial consortia in biofloc systems
SAYGIN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Su ÜrünleriEge ÜniversitesiSu Ürünleri Yetiştiriciliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA CİRİK