Ανάπτυξη Κεραμικών Ηλεκτροδίων για Αξιοποίηση Αποβλήτων μέσω της Αντίδρασης Αναγωγής Οξυγόνου

Development of ceramic electrodes for waste valorization via oxygen reduction reaction (english)

  1. MSc thesis
  2. Μιχόπουλος, Ελευθέριος
  3. Διαχείριση Αποβλήτων (ΔΙΑ)
  4. 12 September 2020 [2020-09-12]
  5. Ελληνικά
  6. 92
  7. Σακκάς, Βασίλειος
  8. Σακκάς, Βασίλειος | Ξεκουκουλωτάκης, Νικόλαος
  9. Μικροβιακά κελιά καυσίμου (MKK) | Κεραμικά καθοδικά ηλεκτρόδια | Αντίδραση αναγωγής οξυγόνου (ΑΑΟ) | Υγρά απόβλητα | Απόβλητο βυρσοδεψίας | Αξιοποίηση ιπτάμενης τέφρας | Ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός
  10. 3
  11. 147
  12. Εικόνες: 27, Πίνακες: 10
  13. Διαχείριση Υγρών Αποβλήτων - Τόμος Α: Αστικά Λύματα
    • Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν η κατασκευή οικονομικών κυλινδρικών κεραμικών ηλεκτροδίων καθόδου για μικροβιακά κελιά καυσίμου χρησιμοποιώντας ιπτάμενη τέφρα στον καταλύτη του εσωτερικού τους. Δοκιμάστηκαν δύο (2) αναλογίες υποκατάστασης του ακρυλικής βάσης συνδετικού HSF54 με ιπτάμενη τέφρα και, μετά από ηλεκτροχημικό χαρακτηρισμό με καμπύλες πόλωσης, καμπύλες ισχύος και φάσματα ηλεκτροχημικής εμπέδησης (EIS), η επιλεγμένη αναλογία FA:HSF54 στον καταλύτη ήταν αυτή με υποκατάσταση 50%, καθώς απέδωσε υψηλότερη ισχύ εξόδου και πυκνότητα ρεύματος. Ένα (1) τελικό ηλεκτρόδιο, χρησιμοποιώντας υπερήχους για την εναπόθεση του καταλύτη, κατασκευάστηκε για μελέτη σε ένα μικροβιακό κελί καυσίμου επεξεργασίας αποβλήτου βυρσοδεψίας (MFC1), ενώ τέσσερα (4) τελικά ηλεκτρόδια, χρησιμοποιώντας μηχανική εναπόθεση του καταλύτη, κατασκευάστηκαν για μελέτη σε ένα μικροβιακό κελί καυσίμου που επεξεργάστηκε FORBI (MFC2). Το MFC2 είναι μια μεγέθυνση κλίμακας (upscale) του MFC1. Ακολούθησε ηλεκτροχημική παρακολούθηση των κύκλων εγκλιματισμού και των δύο κελιών. Έξι (6) κύκλοι καταγράφηκαν για το MFC1 και τρεις (3) μεγαλύτερης διάρκειας κύκλοι για το MFC2. Στο MFC1 χρησιμοποιήθηκε διάλυμα θρεπτικών συστατικών με βάση το οξικό οξύ, στο MFC2 το αντίστοιχο διάλυμα είχε ως βάση τη γλυκόζη, ενώ ο ίδιος μικροβιακός πληθυσμός, που προήλθε από ιλύ μονάδας επεξεργασίας λυμάτων, χρησιμοποιήθηκε ως ενοφθάλμισμα και στα δύο κελιά. Διαφορετικές μεθοδολογίες εγκλιματισμού των κελιών οδήγησαν σε διαφορετικά αποτελέσματα, με το MFC2 να μειονεκτεί σε μέγιστη ονομαστική τάση (0,017 V έναντι 0,20 V). Ωστόσο, η απομάκρυνση COD ήταν ικανοποιητική και για τα δύο κελιά (79% για το MFC1 και 83,9% για το MFC2). Τα φάσματα που λήφθησαν μέσω ηλεκτροχημικής φασματοσκοπίας εμπέδησης (EIS) κατά τη διάρκεια των κύκλων εγκλιματισμού του MFC1 έδειξαν προοδευτική σύνδεση του μικροβιακού πληθυσμού στο ηλεκτρόδιο της ανόδου. Το βιοφίλμ έδειξε σταθερότητα στην απόδοσή του και σε ολόκληρο τον κύκλο επεξεργασίας. Ο ποιοτικός έλεγχος του κύκλου θεραπείας για το MFC1 έδειξε 73,9% τελική απομάκρυνση COD μετά από 215 ώρες συνεχούς λειτουργίας.
    • The aim of this thesis was to construct economical cylindrical ceramic cathode electrodes for microbial fuel cells using fly ash in the catalytic paste of their interior. Two (2) substitution ratios of HSF54 acrylic binder with fly ash were tested and, after electrochemical characterization with polarization curves, power curves and electrochemical impedance spectra (EIS), the selected conductive paste was the one with 50% substitution, as it yielded higher power output and current density. One (1) final electrode, using sonication for the deposition of the paste, was constructed for study in a microbial fuel cell treating tannery wastewater (MFC1), whilst four (4) final electrodes, using mechanical deposition of the paste, were constructed for study in a microbial fuel cell treating FORBI (MFC2). MFC2 is an upscale of MFC1. This was followed by electrochemical monitoring of the acclimatization cycles of both cells. Six (6) cycles were recorded for MFC1 and three (3) longer cycles for MFC2. Acetate-based nutrient solution was used in MFC1, glucose-based nutrient solution was used in MFC2, while the same microbial population, derived from a wastewater treatment plant’s sludge, was used as the inoculum of both cells. Different cell acclimatization methodologies have led to different results, with MFC2 falling to a maximum rated voltage (0,017 V vs 0,20 V). However, COD removal was satisfactory for both cells (79% for MFC1 and 83,9% for MFC2). EIS spectra during MFC1 acclimatization cycles showed progressive binding of the microbial population to the anode electrode. The biofilm showed stability in its performance throughout the treatment cycle as well. Quality control of the treatment cycle for MFC1 showed 73,9% final COD removal after 215 hours.
  15. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.