Organik atıkların tek bölmeli mikrobiyal yakıt hücresinde arıtılması için anot geliştirilmesi
Anode design on a single chamber microbial fuel cell for organic waste treatment
- Tez No: 919159
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektrokatalizör, Evsel atık su, Kimyasal reaksiyon mühendisliği, Yenilenebilir enerji, Electrocatalyst, Domestic sewage, Chemical reaction engineering, Renewable energy
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikrobiyal yakıt hücreleri (MYH), organik bileşiklerin ve biyokütle potansiyeline sahip organik atıkların bağları arasında bulunan kimyasal enerjiyi, aneorobik ortamda mikroorganizmaların katalitik reaksiyonları ile biyoenerjiye (elektrik enerjisine) dönüştürebilen biyoelektrokimyasal reaktörlerdir. MYH ile atıksu arıtımı yapılırken eş zamanlı olarak yenilenebilir enerji de üretilebilmektedir. MYH'nde anot elektrotu olarak kullanılan malzemenin yapısı, mikroorganizmaların anota tutunmasını, substratın oksidasyonunu ve elektron transferini doğrudan etkilemektedir. Bu çalışmada ilk olarak indirgenmiş grafen oksit (rGO) sentezlenmiştir. Sentezlenen rGO nikel köpük (NK) üzerine kaplanarak molibden (Mo) yüklemesi yapılmıştır. İkinci olarak NK, NK/rGO, NK/rGO/%30 Mo ve NK/rGO/%50 Mo olmak üzere dört farklı anot elektrotu hazırlanarak bu anot türlerinin sentetik atıksu arıtma verimi ve elektrik üretim potansiyeli üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Bu elektrotlar, tek bölmeli, membransız, hava katot MYH sisteminde test edilmiştir. Atıksu arıtma verimi ve elektrik üretimi açısından en iyi performans anot-katot elektrotları arası mesafenin 4 cm olarak ayarlandığı ve reaktörlerin karıştırmalı olarak çalıştırıldığı şartlarda NK/rGO/%50 Mo anot elektrotunun kullanıldığı reaktörde elde edilmiştir. Reaktörde kullanılan anot elektrotunun yüzeyinde gelişen bakteri türleri %6,93 Streptomyces sp. RerS4; %6,7 Cutibacterium acnes; %6,54 Micromonospora endophytica; %6,2 Paracidovorax avenae; %6,18 Lactobacillus jensenii olarak belirlenmiştir. Reaktörlerde katot elektrotu olarak kütlece %20 Pt yüklü karbon bezi kullanılmıştır. Anot ile katot arasındaki bağlantıyı sağlayan dış devrede 100 Ω'luk dış direnç kullanılmıştır. Kullanılan reaktörlerin hacmi 100 ml ve anot elektrotun çapı 3,8 cm'dir. Bu reaktörde, atıksu arıtım verimi olarak %88,58 KOİ giderimi ve en yüksek 170,90 mV gerilim ölçülerek, en yüksek güç yoğunluğu 118,824 W/m2 (2920,681 W/m3) olarak belirlenmiştir. Bu veriler, sentezlenmiş olan anot elektrotlarının MYH'de atıksu arıtımında ve elektrik üretiminde etkin olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Microbial fuel cells (MFC) are bioelectrochemical reactors that can convert the chemical energy found between the bonds of organic compounds and organic wastes with biomass potential into bioenergy (electrical energy) by catalytic reactions of microorganisms in an anaerobic environment. While wastewater treatment is carried out with MFC, renewable energy can also be produced simultaneously. The structure of the material used as anode electrode in MFC directly affects the adhesion of microorganisms to the anode, oxidation of the substrate and electron transfer. In this study, firstly, reduced graphene oxide (rGO) was synthesized. The synthesized rGO was coated on nickel foam (NK) and molybdenum (Mo) was loaded. Secondly, four different anode electrodes, namely NK, NK/rGO, NK/rGO/%30 Mo and NK/rGO/%50 Mo, were prepared and the effects of these anode types on synthetic wastewater treatment efficiency and electricity generation potential were determined. These electrodes were tested in a single-chamber, membrane-less, air-cathode MYH system. The best performance in terms of wastewater treatment efficiency and electricity production was obtained in the reactor where the distance between anode-cathode electrodes was set as 4 cm and the reactors were operated with stirring and NK/rGO/50% Mo anode electrode was used. The bacterial species growing on the surface of the anode electrode used in the reactor were determined as 6.93% Streptomyces sp. RerS4; 6.7% Cutibacterium acnes; 6.54% Micromonospora endophytica; 6.2% Paracidovorax avenae; 6.18% Lactobacillus jensenii. 20% Pt loaded carbon cloth was used as cathode electrode in the reactors. 100 Ω external resistance was used in the external circuit providing the connection between the anode and the cathode. The volume of the reactors used was 100 ml and the diameter of the anode electrode was 3.8 cm. In this reactor, the wastewater treatment efficiency was determined as 88.58% COD removal and the highest voltage of 170.90 mV, and the highest power density was determined as 118.824 W/m2 (2920.68 W/m3). These data show that the synthesized anode electrodes can be used effectively in wastewater treatment and electricity generation in MFC.
Benzer Tezler
- Yeni bir polimer adsorban üzerinde tehlikeli organik atıkların adsorpsiyonu
Adsorption of hazardous organic wastes on a new polymer adsorbent
GİZEM AKDUT
- İzmir evsel çöpünden biyometan şeklinde enerji geri kazanılabilirliği
Recovery of bioenergy in the form of methane from İzmir municipal solid waste
YASEMİN ERSOY
- Process optimization and digestate management of continuous dry anaerobic digestion for treatment of organic fraction of municipal solid waste
Evsel katı atıkların organık fraksiyonunun arıtılması için sürekli kuru havasız çürütme prosesi ve fermente ürün yönetiminin optimizasyonu
AHMET MUSLUOĞLU
- Kuvvetli atıkların yukarı akışlı havasız filtrelerde arıtım kinetiği
Kinetics of strong waste treatment by anqerobic upflow filters
M.ATALAY TİMUR
- Büyükbaş hayvansal atıkların biyometanizasyon süreçlerinin iyileştirilmesinin araştırılması
Investigation of improving biomethanization processes of cattle manure
FATİH TUFANER
