微生物燃料電池における電子移動活性向上に及ぼす電極表面特性の影響

Effect of electrode surface properties on enhanced electron transfer activity in microbial fuel cells.

• Abhinav Choudhury
• Lepakshi Barbora
• Divyanshu Arya
• Banwari Lal
• Sanjukta Subudhi
• S Venkata Mohan
• Shaikh Z Ahammad
• Anil Verma

抄録

バイオフィルム成長に及ぼす電極表面化学的影響を評価した。ポリエチレンイミン(PEI)とマルチウォールカーボンナノチューブを親水性及び疎水性修飾剤として用いて設計した異なる電極上に光合成細菌のコンソーシアムを増殖させた。設計した電極には、親水性を変化させるためにPEIを0.08, 0.17, 0.33"Zs_A0"μg/cm担持した。しかし、マルチウォールカーボンナノチューブの0.56, 0.72, 0.83"Zs_A0"mg/cmは、電極の疎水性を変化させるために使用された。電極とバイオインタラクションの表面化学を接触角とバイオフィルム形成の関数として評価した。その結果をカーボンペーパー電極で得られたものと比較した。未処理電極（カーボンペーパー）の接触角は118°であったのに対し、疎水性電極と親水性電極では、最大接触角は170°、最小接触角は0°であった。興味深いことに、最大のバイオフィルム成長(0.2275"Zs_A0"g, wet basis)は疎水性の高い電極表面で観察されたが、最大の電気化学的性能(246"Zs_A0"mV)は最も親水性の高い電極表面で示された。バイオフィルム形成が良好なPEI系電極は比較的高い電気活性を示した。

The influence of electrode surface chemistry over biofilm growth was evaluated for photo-bioelectrocatalytic fuel cell. A consortium of photosynthetic bacteria was grown onto different electrodes designed with polyethylenimine (PEI) and multiwall carbon nanotubes as hydrophilic and hydrophobic modifier, respectively. The designed electrodes were loaded with 0.08, 0.17, and 0.33 μg/cm of PEI to change the hydrophilicity. However, 0.56, 0.72, and 0.83 mg/cm of multiwall carbon nanotubes were used to alter the hydrophobicity of the electrodes. The surface chemistry of electrode and bio-interaction was evaluated as a function of contact angle and biofilm formation. The results were compared with those obtained with a carbon paper electrode. The contact angle on the untreated electrode (carbon paper) was 118°, whereas for hydrophobic and hydrophilic electrodes, the maximum and minimum contact angles were 170° and 0°, respectively. Interestingly, the maximum biofilm growth (0.2275 g, wet basis) was observed on highly hydrophobic surface; however, the maximum electrochemical performance (246 mV) was shown by the most hydrophilic electrode surface. PEI-based electrode with good biofilm formation showed comparatively higher electrogenic activity.

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