معلومة

جسر الملح لخلية الوقود الميكروبية: ممتلئ أم ممتلئ جزئيًا؟

جسر الملح لخلية الوقود الميكروبية: ممتلئ أم ممتلئ جزئيًا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا أصنع خلية وقود ميكروبية من طين القاع والمياه المالحة في حاويات. سيكون جسر الملح الخاص بي مصنوعًا من أجار وملح المائدة المقوى في أنابيب PVC. هل يجب أن يكون الجسر الملحي الذي يربط الأنود (طين القاع) والكاثود (المياه المالحة) ممتلئًا بمحلول ملح أجار ، أم يمكن أن يكون ممتلئًا جزئيًا؟


الوظيفة الرئيسية لجسر الملح هي توصيل الإلكترونات. يجب أن يكون الأجار داخل أنبوب PVC من كلا الطرفين على اتصال بالقطب الموجب والكاثود. لذلك أود أن أقول إبقائها ممتلئة تمامًا لتوصيل أفضل.


تعريف سولت بريدج

أ جسر الملح هو اتصال يحتوي على إلكتروليت ضعيف بين الأكسدة واختزال الخلايا النصفية في خلية كلفانية (على سبيل المثال ، الخلية الفولتية ، خلية دانييل). والغرض منه هو منع التفاعل الكهروكيميائي من الوصول إلى التوازن بسرعة كبيرة. إذا تم إنشاء خلية بدون جسر ملحي ، فإن أحد المحلول سوف يتراكم بسرعة شحنة موجبة بينما يتراكم الآخر شحنة سالبة. هذا من شأنه أن يوقف التفاعل وبالتالي يوقف توليد الكهرباء.


كيف تصنع خلية الوقود الميكروبية الخاصة بك

تم أخذ هذا المقال من عدد نوفمبر 2014 من مجلة وايرد. كن أول من يقرأ مقالات WIRED & # x27s المطبوعة قبل نشرها على الإنترنت ، واحصل على الكثير من المحتوى الإضافي عن طريق الاشتراك عبر الإنترنت.

بالنسبة لبروس لوجان ، تعتبر الميكروبات موضوعًا مثيرًا للكهرباء. يعمل أستاذ Kappe للهندسة البيئية في جامعة ولاية بنسلفانيا على إنشاء خلايا وقود بديلة تعمل بالبكتيريا اللاهوائية. & quot لأن هذه البكتيريا تتنفس بدون أكسجين فإنها ستنقل الإلكترونات من طعامها خارج أجسامها إلى قطب كهربائي ، كما يقول. يكفي قيام البكتيريا بهذا في نفس الوقت لتوليد تيار. في بضع ملي فولت فقط ، لن يشحن الهاتف ، لكنه يكفي للحصول على قراءة.

  • عبوات بلاستيكية 2 × 1 لتر
  • أنبوب بلاستيكي 15 سم مع غطاء
  • 3 جرام أجار
  • 11.8 جرام ملح مذاب في 150 مل ماء مقطر
  • 2x رصاص يؤدي
  • النحاس المطلي
  • مسدس الغراء
  • مضخة هواء حوض السمك
  • الفولتميتر
  • رواسب من قاع البحيرة

احصل على الحفر

اصنع ثقبًا للسلك النحاسي في غطاء كل وعاء. في غطاء واحد ، قم بحفر فتحتين إضافيتين لمضخة الهواء وللتهوية ، فهذه هي حاوية الكاثود ، والحاوية الأخرى هي الأنود.

اصنع ثقبًا آخر في جانب كل حاوية بنفس قطر الأنبوب البلاستيكي.

لف الجرافيت

قم بلف طرفي قطعتين من الأسلاك النحاسية ولف واحدة حول كل رصاص. & quot أي غرافيت سيعمل ، لكنك لا تريد استخدام المعادن لأنها تتآكل ، & quot يقول لوجان. أدخل قطبًا واحدًا في كل ثقب في أغطية الحاوية وأنبوب مضخة الهواء في الآخر ، ثم أغلقه بالغراء الساخن.

اخلطي المحلول

يذوب 100 جرام لكل لتر من أجار في الماء المغلي ويخلط في الملح. ختم أحد طرفي الأنبوب PVC وصب الخليط. دع هذا يبرد ويتصلب ، ثم أزل الختم من النهاية ، ضع أطراف الأنبوب في الفتحات الموجودة في كل حاوية واستخدم الغراء الساخن مرة أخرى لإغلاقه.

اعصر الأكسجين

املأ حاوية الكاثود بالماء المالح والأنود بالرواسب ، مع ضمان غمر القطبين ، والأخير ممتلئ. & quot إذا كان هناك & # x27s الأكسجين ، فإن البكتيريا سوف تتنفسه ، & quot يقول لوغان. & quot


كيف تعمل خلايا الوقود الميكروبية؟

تعمل خلايا الوقود الميكروبية من خلال السماح للبكتيريا بالقيام بما تفعله بشكل أفضل ، وأكسدة وتقليل الجزيئات العضوية. التنفس البكتيري هو في الأساس تفاعل كبير للأكسدة والاختزال يتم فيه تحريك الإلكترونات. عندما يكون لديك إلكترونات متحركة ، توجد إمكانية لتسخير القوة الدافعة الكهربائية لأداء عمل مفيد. يتكون MFC من أنود وكاثود مفصولين بغشاء كاتيون محدد. تقوم الميكروبات الموجودة في الأنود بأكسدة الوقود العضوي الذي يولد البروتونات التي تمر عبر الغشاء إلى الكاثود ، والإلكترونات التي تمر عبر الأنود إلى دائرة خارجية لتوليد تيار. الحيلة بالطبع هي جمع الإلكترونات التي تطلقها البكتيريا أثناء تنفسها. هذا يؤدي إلى نوعين من MFCs: وسيط وغير وسيط.


مناقشة

يُظهر عملنا ، لأول مرة ، فائدة استخدام جزيئات الأكسدة والاختزال ذات الصلة بيولوجيًا في ترجمة الإشارات الإلكترونية إلى التغييرات في التعبير الجيني البكتيري الهندسي. يعتمد نظامنا على اقتران تنشيط SoxR الذي يحركه Pyo 31،35 مع التحكم الإلكتروني في Fcn (O / R) من الأكسدة والاختزال من 18،41،42. يتيح لنا هذا التكامل فتح مسار اتصال جديد وتطوير إطار عمل جديد لربط الإشارات الإلكترونية بالتعبير الجيني. نقدم في هذه الورقة دليلًا قويًا وتوصيفًا شاملاً لجهاز بكتيري كهربائي فعال. على حد علمنا ، فإن عملنا هو أولاً في إظهار وتوصيف نظام قائم على القطب الكهربائي للتحكم الوراثي القابل للانعكاس والاختزال المحدد في البكتيريا.

تطبيقاتنا لهذا النظام للحث وراثيًا على الحركة البكتيرية والتواصل من خلية إلى خلية تسلط الضوء على تنوعها من حيث أنها تعتمد على التقدم في استخدام التحكم الإلكتروني في السلوكيات التي تعتمد بشكل طبيعي على الأكسدة والاختزال. بالإضافة إلى ذلك ، على الرغم من أننا نسلط الضوء على قدرات التشغيل الجيني الديناميكي لنظامنا ، فإن أهدافنا تختلف عن تلك الخاصة بجهود البيولوجيا التركيبية الأخرى التي تضم مكونات غير أصلية للتعرف على إشارات الإدخال البديلة للتحكم الجيني الدقيق باستخدام الضوء 47 ، 48 ، 49 ، 50 أو الموجات المغناطيسية والراديو 51،52،53. بدلاً من ذلك ، نقوم بإعادة توصيل الخلايا إلى الحد الأدنى للاستفادة من تفاعلات الأكسدة والاختزال الأصلية ، وتقديم رؤى حول دورها التنموي كوسيط للتواصل الإلكتروني الحيوي.

نتوقع أنه يمكن تصميم نظامنا لإنتاج مجموعة متنوعة من الاستجابات ، وتوجيه السلوكيات المختلفة ، وزيادة استخدام الأنظمة الإلكترونية الأخرى 28،31 والأنظمة القائمة على الأكسدة والاختزال للوصول والتأثير على نقل المعلومات الجزيئية الحيوية ، ربما كجزء من أنظمة MFC أو BES للتعبير الجيني على أساس توافر متقبل محتمل أو حالي أو إلكتروني. نعرض النتائج الأولية التي تتوسع في وسطاء الأكسدة والاختزال والخلفية الجينية للخلية ومستويات الأكسجين المستخدمة. قد يكون نهجنا مفيدًا للتحكم المكاني الزماني في الخلايا المجمدة عند أو بالقرب من أسطح الإلكترود ، لتطبيقات الهندسة الأيضية ، وأنظمة القناة الهضمية ، وغيرها من الأجهزة الهجينة الحيوية حيث يكون التحكم الدقيق في المكان والزمان الخلوي مرغوبًا فيه. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر نظامنا وضعًا إضافيًا (بالإضافة إلى الضوء والمغناطيسي والراديو) لترحيل الإشارات الإلكترونية إلى الخلايا. يمكن برمجة مثل هذه الخلايا للاستجابة لمجموعة واسعة غير مسبوقة من المعلومات البيولوجية وغير البيولوجية واتخاذ قرارات "أكثر ذكاءً" مما كان ممكنًا في السابق. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر جهاز الكهرومغناطيسي الخاص بنا استجوابًا إلكترونيًا للأهداف الخاصة بـ SoxRS والعمليات المعتمدة على تدفق الإلكترون. باختصار ، يمثل عملنا لترجمة الإشارات الإلكترونية إلى التعبير الجيني البكتيري طريقة جديدة لاستخدام جزيئات الأكسدة والاختزال وتدفق الإلكترون لتوجيه الوظيفة البيولوجية.


مراجع

رباعى ، ك. الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية: من نقل الإلكترون خارج الخلية إلى تطبيقات التكنولوجيا الحيوية (آيوا للنشر ، 2009).

لوجان ، ب. وآخرون. خلايا الوقود الميكروبية: المنهجية والتكنولوجيا. بيئة. علوم. تكنول. 40, 5181–5192 (2006).

Rosenbaum، M.A & amp Franks، A.E. الحفز الميكروبي في تقنيات الكيمياء الحيوية: الوضع الراهن ، التحديات والآفاق. تطبيق ميكروبيول. التكنولوجيا الحيوية. 98, 509–518 (2014).

Wang، H. & amp Ren، Z. J. مراجعة شاملة للأنظمة الكهروكيميائية الميكروبية كتكنولوجيا منصة. التكنولوجيا الحيوية. حال. 31, 1796–1807 (2013).

باجراتشاريا ، س. وآخرون. نظرة عامة على الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية الناشئة (BESs): تكنولوجيا الكهرباء المستدامة ، ومعالجة النفايات ، واستعادة الموارد ، والإنتاج الكيميائي وما بعده. تجديد. طاقة 98, 153–170 (2016).

Schröder، U. Anodic آليات نقل الإلكترون في خلايا الوقود الميكروبية وكفاءتها في استخدام الطاقة. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 9, 2619–2629 (2007).

Mathuriya، A. S. & amp Yakhmi، J. V. خلايا الوقود الميكروبية - تطبيقات لتوليد الطاقة الكهربائية وما بعدها. كريت. القس ميكروبيول. 7828, 1–17 (2014).

Leech، D.، Kavanagh، P. & amp Schuhmann، W. خلايا الوقود الأنزيمية: التقدم الحديث. إلكتروشيم. اكتا 84, 223–234 (2012).

Habermüller، K.، Mosbach، M. & amp Schuhmann، W. آليات نقل الإلكترون في أجهزة الاستشعار الحيوية الأمبيرومترية. فريزينيوس. J. الشرج. تشيم. 366, 560–568 (2000).

Falk، M.، Blum، Z. & amp Shleev، S. خلايا الوقود الأنزيمية القائمة على النقل المباشر للإلكترون. إلكتروشيم. اكتا 82, 191–202 (2012).

Ghindilis، A. L.، Atanasov، P. & amp Wilkins، E. النقل المباشر للإلكترون المحفز بالإنزيم: الأساسيات والتطبيقات التحليلية. التحليل الكهربائي 9, 661–674 (1997).

عثمان ، إم إتش ، شاه ، إيه إيه وأمب والش ، إف سي التقدم الأخير والتحديات المستمرة في خلايا الوقود الحيوي. الجزء الأول: الخلايا الأنزيمية. بيوسنس. بيوإلكترون. 26, 3087–3102 (2011).

Schröder، U.، Harnisch، F. & amp Angenent، L. T. الكيمياء الكهربية الميكروبية والتكنولوجيا: المصطلحات والتصنيف. بيئة الطاقة. علوم. 8, 513–519 (2015).

Willner، I. & amp Katz، E. تكامل بروتينات الأكسدة والاختزال ذات الطبقات والدعامات الموصلة للتطبيقات الإلكترونية الحيوية. انجيو. تشيم. كثافة العمليات إد. 39, 1180–1218 (2000).

Moehlenbrock، M. J. & amp Minteer، S. D. خلايا وقود حيوي طويلة العمر. تشيم. شركة نفط الجنوب. القس. 37, 1188–1196 (2008).

Kim، J.، Jia، H. & amp Wang، P. التحديات في التحفيز الحيوي لخلايا الوقود الحيوي القائمة على الإنزيم. التكنولوجيا الحيوية. حال. 24, 296–308 (2006).

بوتر ، م. سي التأثيرات الكهربائية المصاحبة لتحلل المركبات العضوية. بروك. R. Soc. لوند. ب. 84, 260–276 (1911).

كوهين ، ب.الثقافة البكتيرية كنصف خلية كهربائية. J. باكتيريول. 21, 18–19 (1931).

جوربي ، واي. وآخرون. الأسلاك النانوية البكتيرية الموصلة كهربائيا التي تنتجها Shewanella oneidensis سلالة MR-1 والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 103, 11358–11363 (2006).

ريجويرا ، ج. وآخرون. نقل الإلكترون خارج الخلية عبر الأسلاك النانوية الميكروبية. طبيعة سجية 435, 1098–1101 (2005).

مارسيلي ، إي. وآخرون. شوانيلا يفرز مركبات الفلافين التي تتوسط في نقل الإلكترون خارج الخلية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 105, 3968–3973 (2008).

Newman، D.K & amp Kolter، R. دور للكينون المفرز في نقل الإلكترون خارج الخلية. طبيعة سجية 405, 94–97 (2000).

شي ، L. ، سكوير ، T. C. ، Zachara ، J.M & amp Fredrickson ، J.K. تنفس أكاسيد المعادن (hydr) بواسطة شوانيلا و Geobacter: دور رئيسي في تعدد الأشكال جنوع السيتوكروم. مول. ميكروبيول. 65, 12–20 (2007).

Nealson، K.H & amp Rowe، A.R Electromicrobiology: الحقائق والتحديات الكبرى والأهداف والتنبؤات. ميكروب. التكنولوجيا الحيوية. 9, 595–600 (2016).

Wei، J.، Liang، P. & amp Huang، X. التقدم الحديث في الأقطاب الكهربائية لخلايا الوقود الميكروبية. بيوريسور. تكنول. 102, 9335–9344 (2011).

توريس ، سي. وآخرون. منظور حركي لنقل الإلكترون خارج الخلية بواسطة بكتيريا تنفس الأنود. FEMS ميكروبيول. القس. 34, 3–17 (2010).

Yang ، Y. ، Xu ، M. ، Guo ، J. & amp Sun ، G. نقل الإلكترون خارج الخلية البكتيري في الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية. عملية Biochem. 47, 1707–1714 (2012).

Patil، S. A.، Hägerhäll، C. & amp Gorton، L. آليات نقل الإلكترون بين الكائنات الحية الدقيقة والأقطاب الكهربائية في الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية. بيوانال. القس. 4, 159–192 (2012).

لوفلي ، دي آر ، كوتس ، جيه دي ، بلانت هاريس ، إي إل ، فيليبس ، إي جي بي أند أمب وودوارد ، جي سي هيوميك المواد كمستقبلات إلكترونية للتنفس الميكروبي. طبيعة سجية 382, 445–448 (1996).

رودين ، إي. وآخرون. نقل الإلكترون خارج الخلية من خلال الاختزال الجرثومي للمواد الدبالية ذات المرحلة الصلبة. نات. Geosci. 3, 417–421 (2010).

Ordonez، M.V، Schrott، G. D.، Massazza، D.A & amp Busalmen، J.P. شبكة الترحيل من Geobacter الأغشية الحيوية. بيئة الطاقة. علوم. 9, 2677–2681 (2016).

Mowat ، C.G & amp Chapman ، S.K Multi-heme cytochromes - هياكل جديدة ، كيمياء جديدة. دالتون ترانس. 3381–3389 (2005).

ميهتا ، ت ، كوبي ، إم في ، تشايلدرز ، إس إي & أمبير لوفلي ، دي آر الغشاء الخارجي جمن النوع السيتوكروم المطلوب لتخفيض أكسيد الحديد (3) والمنغنيز (4) في Geobacter sulfurreducens. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 71, 8634–8641 (2005).

هولمز ، د. وآخرون. ميكروأري والتحليل الجيني لنقل الإلكترون إلى أقطاب كهربائية في Geobacter sulfurreducens. بيئة. ميكروبيول. 8, 1805–1815 (2006).

نيفين ، ك. وآخرون. يكشف أنود بيوفيلم النسخ عن مكونات السطح الخارجي الأساسية لإنتاج تيار عالي الكثافة في Geobacter sulfurreducens خلايا الوقود. بلوس واحد 4، e5628 (2009).

ريختر ، هـ. وآخرون. قياس الفولتميتر الدوري للأغشية الحيوية من النوع البري والمتحولة Geobacter sulfurreducens يشير على أنودات خلايا الوقود إلى الأدوار المحتملة لـ OmcB و OmcZ والنوع الرابع pili والبروتونات في نقل الإلكترون خارج الخلية. بيئة الطاقة. علوم. 2, 506–516 (2009).

Coursolle ، D. ، Baron ، D.B ، Bond ، D. R. & amp Gralnick ، ​​J. A. يعد المسار التنفسي Mtr ضروريًا لتقليل الفلافين والأقطاب الكهربائية في Shewanella oneidensis. J. باكتيريول. 192, 467–474 (2010).

بروير ، إم ، روسو ، كيه إم ، بلومبرجر ، جي آند أمبير بات ، جي إن. Shewanella oneidensis MR-1: الهياكل والوظائف والفرص. J.R Soc. واجهه المستخدم 12, 20141117 (2015).

Bond ، D. R. ، Strycharz-Glaven ، S.M ، Tender ، L.M & amp Torres ، C. I. عند نقل الإلكترون عبر Geobacter الأغشية الحيوية. ChemSusChem 5, 1099–1105 (2012).

شي ، ل. وآخرون. آليات نقل الإلكترون خارج الخلية بين الكائنات الحية الدقيقة والمعادن. نات. القس ميكروبيول. 14, 651–662 (2016).

Malvankar، N. S. & amp Lovley، D. R. in الأغشية الحيوية في الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية: من الممارسة المعملية إلى تفسير البيانات (محرران Beyenal، H. & amp Babauta، J.) 220-222 (وايلي ، 2015).

Xu، S.، Jangir، Y. & amp El-Naggar، M. Y. فصل أدوار الفلافين الحرة والمرتبطة بالسيتوكروم في نقل الإلكترون خارج الخلية من Shewanella oneidensis MR-1. إلكتروشيم. اكتا 198, 49–55 (2016).

Rabaey ، K. ، Boon ، N. ، Siciliano ، S.D ، Verstraete ، W. & amp Verhaege ، M. تختار خلايا الوقود الحيوي الاتحادات الميكروبية التي تتوسط ذاتيًا في نقل الإلكترون. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 70, 5373–5382 (2004).

شريستا ، بي إم وأمبير روتارو ، إيه إي التوصيل أو الانتقال اللاسلكي: استراتيجيات لنقل الإلكترون بين الأنواع. أمام. ميكروبيول. 5, 237 (2014).

مالفانكار ، ن. وآخرون. الموصلية الشبيهة بالمعادن القابلة للضبط في شبكات الأسلاك النانوية الميكروبية. نات. النانو. 6, 573–579 (2011).

بيرباديان ، س. وآخرون. Shewanella oneidensis الأسلاك النانوية MR-1 هي غشاء خارجي وامتدادات محيطية لمكونات نقل الإلكترون خارج الخلية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 111, 12883–12888 (2014).

Malvankar، N. S.، Rotello، V. M.، Tuominen، M.T & amp Lovley، D.R Reply على "قياس موصلية المعيشة Geobacter sulfurreducens الأغشية الحيوية. نات. النانو. 11, 913–914 (2016).

ييتس ، م. وآخرون. قياس موصلية المعيشة Geobacter sulfurreducens الأغشية الحيوية. نات. النانو. 11, 910–913 (2016).

Malvankar، N. S. & amp Lovley، D.R Microbial nanowires: نموذج جديد لنقل الإلكترون البيولوجي والإلكترونيات الحيوية. ChemSusChem 5, 1039–1046 (2012).

Malvankar، N. S.، Tuominen، M. T. & amp Lovley، D.R. بيئة الطاقة. علوم ، 2011, 4, 4366. بيئة الطاقة. علوم. 5, 6247–6249 (2012).

Strycharz-Glaven، S.M & amp Tender، L.M رد على "التعليق على" التوصيل الكهربائي للأسلاك النانوية الميكروبية والأغشية الحيوية الأمبيرية "بقلم N. بيئة الطاقة. علوم.، 2012 ، 5 ، DOI: 10.1039 / c2ee02613a. بيئة الطاقة. علوم. 5, 6250–6255 (2012).

Strycharz-Glaven، S. M.، Snider، R.M، Guiseppi-Elie، A. & amp Tender، L.M على التوصيل الكهربائي للأسلاك النانوية الميكروبية والأغشية الحيوية. بيئة الطاقة. علوم. 4, 4366–4379 (2011).

Torres، C. I.، Marcus، A. K.، Parameswaran، P. & amp Rittmann، B. E. Kinetic. التجارب الحركية لتقييم نموذج Nernst – Monod للبكتيريا التي تتنفس الأنود (ARB) في أنود بيوفيلم. بيئة. علوم. تكنول. 42, 6593–6597 (2008).

Yoho، R. A.، Popat، S. C.، Rago، L.، Guisasola، A. & amp Torres، C. I. Anode biofilms of Geoalkalibacter ferrihydriticus تعرض التوقيعات الكهروكيميائية لمسارات متعددة لنقل الإلكترون. لانجموير 31, 12552–12559 (2015).

Katuri، K. P.، Kavanagh، P.، Rengaraj، S. & amp Leech، D. Geobacter sulfurreducens تم تطوير الأغشية الحيوية في ظل ظروف نمو مختلفة على أقطاب كربون زجاجية: رؤى باستخدام قياس الفولتميتر الدوري. تشيم. كومون. 46, 4758–4760 (2010).

ستريشارز ، إس م. وآخرون. تطبيق قياس الفولتميتر الدوري للتحقيق في توليد التيار التحفيزي المعزز بواسطة الأنودات المعدلة بالغشاء الحيوي Geobacter sulfurreducens سلالة DL1 مقابل سلالة متغيرة KN400. بيئة الطاقة. علوم. 4, 896–913 (2011).

ييتس ، م. وآخرون. نقل الإلكترون طويل المدى المنشط حرارياً في الأغشية الحيوية الحية. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 17, 32564–32570 (2015).

Snider ، R. M. ، Strycharz-Glaven ، S. M. ، Tsoi ، S.D ، Erickson ، J. S. & amp Tender ، L.M Geobacter sulfurreducens الأغشية الحيوية يحركها التدرج الأكسدة والاختزال. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 109, 15467–15472 (2012).

Schrott، G. D.، Bonanni، P. S.، Robuschi، L.، Esteve-Nuñez، A. & amp Busalmen، J.P. نظرة كهروكيميائية في آلية نقل الإلكترون في الأغشية الحيوية لـ Geobacter sulfurreducens. إلكتروشيم. اكتا 56, 10791–10795 (2011).

النجار ، M. Y. ، Gorby ، Y. ، Xia ، W. & amp Nealson ، K.H. الكثافة الجزيئية للحالات في الأسلاك النانوية البكتيرية. بيوفيز. ج. 95، L10 – L12 (2008).

Pirbadian، S. & amp El-Naggar، M. Y. التنقل متعدد الخطوات ونقل الشحنات خارج الخلية في سلاسل الأكسدة والاختزال الميكروبية. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 14, 13802–13808 (2012).

يانغ ، واي. وآخرون. تعزيز نقل الإلكترون ثنائي الاتجاه Shewanella oneidensis عن طريق مسار الفلافين الاصطناعي. موالفة ACS. بيول. 4, 815–823 (2015).

تاو ، ل. وآخرون. تحسين النقل الإلكترون الوسيط في التحفيز الكهربائي الحيوي الأنودي. تشيم. كومون. 51, 12170–12173 (2015).

يونغ ، إكس. واي. وآخرون. تعزيز توليد الكهرباء الحيوية عن طريق التلاعب بمسار تخليق المركبات الإلكترونية في خلايا الوقود الميكروبية. بيوريسور. تكنول. 152, 220–224 (2014).

كيرشوفر ، ن. وآخرون. يتيح المحلول الكهربائي الأولي المترافق DSSN + كفاءة كولومبية استثنائية عبر النقل المباشر للإلكترون من أجل تنفس الأنود Shewanella oneidensis MR-1 - دراسة ميكانيكية. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 16, 20436–20443 (2014).

هوى ، هـ. وآخرون. تزيد الإلكتروليتات المترافقة من توليد الطاقة في بكتريا قولونية خلايا الوقود الميكروبية. حال. ماتر. 25, 1593–1597 (2013).

وانج ، في. وآخرون. مقارنة بين الفلافين وإلكتروليت مترافق في تحفيز نقل الإلكترون خارج الخلية من Shewanella oneidensis MR-1. الكتروكيم. كومون. 41, 55–58 (2014).

Xie ، X. وآخرون. أنبوب نانوي كربوني ثلاثي الأبعاد − أنود نسيج لخلايا الوقود الميكروبية عالية الأداء. نانو ليت. 11, 291–296 (2011).

Xie ، X. وآخرون. إسفنج الجرافين كأنودات عالية الأداء منخفضة التكلفة لخلايا الوقود الميكروبية. بيئة الطاقة. علوم. 5, 6862–6866 (2012).

جي ، ج. وآخرون. فيلم مركب متعدد الطبقات قائم على Fe2O3 nanorod مركب ذاتيًا طبقة تلو طبقة على أنود ITO في خلية الوقود الميكروبية. الأمواج الغروية. أ 390, 56–61 (2011).

جيانغ ، إكس. وآخرون. سهلت الجسيمات النانوية نقل الإلكترون خارج الخلية في خلايا الوقود الميكروبية. نانو ليت. 14, 6737–6742 (2014).

Harnisch، F. & amp Rabaey، K. يسلط تنوع التقنيات لدراسة الأغشية الحيوية النشطة كهروكيميائيًا الضوء على الحاجة إلى التوحيد القياسي. ChemSusChem 5, 1027–1038 (2012).

ميلو ، د. وآخرون. فى الموقع الفحص الطيفي الكهروكيميائي للأغشية الحيوية الميكروبية المحفزة كهربائياً بواسطة مطيافية رامان بالرنين المعزز بالسطح. انجيو. تشيم. كثافة العمليات إد. 50, 2625–2627 (2011).

Liu، Y.، Kim، H.، Franklin، R. & amp Bond، D.R. ربط التحليل الطيفي والكهروكيميائي بالمراقبة ج- نوع حالة الأكسدة السيتوكرومية في الحياة Geobacter sulfurreducens الأغشية الحيوية. ChemPhysChem 12, 2235–2241 (2011).

السفلى ، ب. وآخرون. روابط محددة بين سطح أكسيد الحديد وسيتوكرومات الغشاء الخارجي MtrC و OmcA من Shewanella oneidensis MR-1. J. باكتيريول. 189, 4944–4952 (2007).

Li، Z.، Venkataraman، A.، Rosenbaum، M.A & amp Angenent، L. T. جهاز ميكروفلويديك ذو التدفق الصفحي للتحليل الكمي للنشاط الكهروكيميائي الميكروبي. ChemSusChem 5, 1119–1123 (2012).

تشوي ، S. خلايا الوقود الميكروبية: التطورات والتحديات. بيوسنس. بيوإلكترون. 69, 8–25 (2015).

Gross، B. J. & amp El-Naggar، M. Y. منصة تجمع كهروكيميائية وبصرية محاصرة لقياس معدلات التنفس للخلية الواحدة في واجهات الإلكترود. القس علوم. الصك. 86, 064301 (2015).

جيانغ ، إكس. وآخرون. فحص نقل الشحنة من خلية واحدة إلى خلايا متعددة في Geobacter sulfurreducens DL-1. نات. كومون. 4, 2751 (2013).

جيانغ ، إكس. وآخرون. فحص آليات نقل الإلكترون في Shewanella oneidensis MR-1 باستخدام منصة nanoelectrode والتصوير أحادي الخلية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 107, 16806–16810 (2010).

Hol، F.J.H & amp Dekker، C. قم بالتكبير لرؤية الصورة الأكبر: أدوات تصنيع الموائع الدقيقة والنانوية لدراسة البكتيريا. علم 346, 1251821 (2014).

Weber، K. A.، Achenbach، L.A & amp Coates، J.D. الكائنات الدقيقة التي تضخ الحديد: أكسدة الحديد الميكروبية اللاهوائية والاختزال. نات. القس ميكروبيول. 4, 752–764 (2006).

Enning، D. & amp Garrelfs، J. تآكل الحديد بواسطة بكتيريا تقليل الكبريتات: وجهات نظر جديدة لمشكلة قديمة. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 80, 1226–1236 (2014).

دينه ، هـ. ت. وآخرون. تآكل الحديد بواسطة الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية الجديدة. طبيعة سجية 427, 829–832 (2004).

Gregory ، K.B ، Bond ، D.R & amp Lovley ، D. R. أقطاب الجرافيت كمانحين للإلكترون من أجل التنفس اللاهوائي. بيئة. ميكروبيول. 6, 596–604 (2004).

Ross ، D. E. ، Flynn ، J.M ، Baron ، D.B ، Gralnick ، ​​J.A & amp Bond ، D.R Towards electrosynthesis in شوانيلا: علم الطاقة لعكس مسار Mtr لعملية التمثيل الغذائي الاختزالية. بلوس واحد 6، e16649 (2011).

ستريشارز ، إس م. وآخرون. التعبير الجيني وتحليل الحذف لآليات نقل الإلكترون من الأقطاب الكهربائية إلى Geobacter sulfurreducens. الكيمياء الحيوية 80, 142–150 (2011).

Tremblay، P. L. & amp Zhang، T. كهربة الميكروبات لإنتاج المواد الكيميائية. أمام. ميكروبيول. 6, 201 (2015).

ستريشارز ، إس م. وآخرون. قطب الجرافيت كمانح إلكترون وحيد لإزالة الكلور الاختزالي لرابع كلورو الإيثين بواسطة Geobacter lovleyi. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 74, 5943–5947 (2008).

Hsu، L.، Masuda، S. A.، Nealson، K.H & amp Pirbazari، M. تقييم خلية الوقود الميكروبية شوانيلا الكاثودات الحيوية لمعالجة التلوث بالكرومات. RSC Adv. 2, 5844–5855 (2012).

Gregory، K.B & amp Lovley، D.R معالجة واستعادة اليورانيوم من البيئات الجوفية الملوثة بأقطاب كهربائية. بيئة. علوم. تكنول. 39, 8943–8947 (2005).

ويليامز ، كيه إتش ، بارغار ، جي آر ، لويد ، جي آر أند أمب لوفلي ، دي آر المعالجة الحيوية للمياه الجوفية الملوثة باليورانيوم: نهج أنظمة للكيمياء الحيوية تحت السطحية. بالعملة. رأي. التكنولوجيا الحيوية. 24, 489–497 (2013).

Rabaey، K. & amp Rozendal، R.A Microbial Electrosynthesis - إعادة النظر في المسار الكهربائي للإنتاج الميكروبي. نات. القس ميكروبيول. 8, 706–716 (2010).

نيفين ، K. P. ، وودارد ، T. L. ، Franks ، A. E. ، Summers ، Z.M & amp Lovley ، D. R. مبيو 1، e00103-10 (2010).

نيفين ، ك. وآخرون. يتم تحفيز التركيب الكهربائي للمركبات العضوية من ثاني أكسيد الكربون من خلال مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة المولدة للأسيتات. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 77, 2882–2886 (2011).

Choi ، O. ، Kim ، T. ، Woo ، H. M. & amp Um ، Y. التحول الأيضي المدفوع بالكهرباء من خلال امتصاص الإلكترون المباشر بواسطة غيرية التغذية الكهربية كلوستريديوم باستيريانوم. علوم. اعادة عد. 4, 6961 (2014).

Cheng، S.، Xing، D.، Call، D.F & amp Logan، B. E. التحويل البيولوجي المباشر للتيار الكهربائي إلى ميثان عن طريق التوليد الكهربي. بيئة. علوم. تكنول. 43, 3953–3958 (2009).

Deutzmann ، J. S. ، Sahin ، M. & amp Spormann ، A. M. تسهل الإنزيمات خارج الخلية امتصاص الإلكترون في التآكل الحيوي والتركيب الكهربائي الحيوي. مبيو 6، e00496-15 (2015).

Bose، A.، Gardel، E. J.، Vidoudez، C.، Parra، E.A & amp Girguis، P.R. نات. كومون. 5, 3391 (2014).

Deng، X.، Nakamura، R.، Hashimoto، K. & amp Okamoto، A. استخراج الإلكترون من قطب خارج الخلية بواسطة Desulfovibrio ferrophilus سلالة IS5 دون استخدام الهيدروجين كناقل إلكترون. الكيمياء الكهربائية 83, 529–531 (2015).

كلاسينس ، إن جيه ، سوزا ، دي زد ، مارتينز دوس سانتوس ، في.أ.ب ، دي فوس ، دبليو إم & أمبير فان دير أوست ، جي. تسخير قوة التغذية الذاتية الميكروبية. نات. القس ميكروبيول. 14, 692–706 (2016).

Kavanagh، P. & amp Leech، D. نقل الإلكترون الوسيط في أقطاب إنزيم مؤكسد للجلوكوز للتطبيق على خلايا الوقود الحيوي: التقدم الحديث والمنظورات. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 15, 4859–4869 (2013).

Gallaway، J.W & amp Calabrese Barton، S.A Kinetics of redox polymer-mediation إلكترودات إنزيم. جيه. تشيم. شركة نفط الجنوب. 130, 8527–8536 (2008).

Liu، J.L، Lowy، D. A.، Baumann، R.G & amp Tender، L.M. تأثير المعالجة بالأنود على استعمارها الميكروبي. J. أبل. ميكروبيول. 102, 177–183 (2007).

سايتو ، ت. وآخرون. تأثير إضافة النيتروجين على أداء أنودات خلايا الوقود الميكروبية. بيوريسور. تكنول. 102, 395–398 (2011).

قوه ، ك. وآخرون. آثار الشحنة السطحية والكارهة للماء على تكوين الأغشية الحيوية أنوديك ، وتكوين المجتمع ، والجيل الحالي في الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية. بيئة. علوم. تكنول. 47, 7563–7570 (2013).

كومار ، أ ، كونغيل ، P. O. ، كاتوري ، K. ، Lens ، P. & amp Leech ، D. Arylamine وظيفية لأنودات الكربون لتحسين التحفيز الكهربائي الميكروبي. RSC Adv. 3, 18759–18761 (2013).

قوه ، ك. وآخرون. تعمل أكسدة اللهب لباد الفولاذ المقاوم للصدأ على تعزيز تكوين الأغشية الحيوية الأنودية والإنتاج الحالي في الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية. بيئة. علوم. تكنول. 48, 7151–7156 (2014).

Liu، X.W، Li، W.-W. & amp Yu، H. Q. المحفزات الكاثودية في الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية لاستعادة الطاقة من مياه الصرف الصحي. تشيم. شركة نفط الجنوب. القس. 43, 7718–7745 (2014).

جوردن ، ل. وآخرون. سقالة جديدة معدلة من الأنابيب النانوية الكربونية كمواد كاثود حيوي فعالة لتحسين التركيب الكهربائي الميكروبي. جيه ماتر. تشيم. أ 2, 13093–13102 (2014).

Marsili ، E. ، Sun ، J. & amp Bond ، D. R. Voltammetry وعلم وظائف الأعضاء النمو Geobacter sulfurreducens الأغشية الحيوية كدالة لمرحلة النمو وإمكانات القطب المفروض. التحليل الكهربائي 22, 865–874 (2010).

Dumas ، C. ، Basseguy ، R. & amp Bergel ، A. النشاط الكهروكيميائي لـ Geobacter sulfurreducens الأغشية الحيوية على أنودات الفولاذ المقاوم للصدأ. إلكتروشيم. اكتا 53, 5235–5241 (2008).

إيرابل ، ب. وآخرون. الأغشية الحيوية الهوائية البحرية كمحفز كاثود حيوي. الكيمياء الحيوية 78, 51–56 (2010).

Finkelstein، D.A، Tender، L.M & amp Zeikus، J.G. تأثير جهد القطب على الميكروبات التي تقلل الإلكترود. بيئة. علوم. تكنول. 40, 6990–6995 (2006).

Picot، M.، Lapinsonnière، L.، Rothballer، M. & amp Barrière، F. تعديل سطح أنود الجرافيت مع تقليل محكم لأملاح أريل ديازونيوم معينة لتحسين إنتاج طاقة خلايا الوقود الميكروبية. بيوسنس. بيوإلكترون. 28, 181–188 (2011).

سميث ، آر إيه جيه ، بورتيوس ، سي إم ، جين ، إيه إم وأمبير مورفي ، إم بي إيصال الجزيئات النشطة بيولوجيًا إلى الميتوكوندريا في الجسم الحي. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 100, 5407–5412 (2003).

Lapinsonnière، L.، Picot، M.، Poriel، C. & amp Barrière، F. تعزز الأنودات المعدلة بحمض فينيلبورونيك التصاق أسرع للأغشية الحيوية وتزيد من أداء خلايا الوقود الميكروبية. التحليل الكهربائي 25, 601–605 (2013).

Ding، C.، Lv، M.، Zhu، Y.، Jiang، L. & amp Liu، H. Shewanella Loihica PV-4. انجيو. تشيم. كثافة العمليات إد. 54, 1446–1451 (2015).

Parameswaran، P.، Torres، C.I، Lee، H. S.، Krajmalnik-Brown، R. & amp Rittmann، B. E. التفاعلات التخليقية بين بكتيريا تنفس الأنود (ARB) وغير ARB في أنود بيوفيلم: موازين الإلكترون. التكنولوجيا الحيوية. بيونج. 103, 513–523 (2009).

Cracknell ، J. A. ، Vincent ، K.A & amp Armstrong ، F. A. الإنزيمات كمحفزات كهربائية عاملة أو ملهمة لخلايا الوقود والتحليل الكهربائي. تشيم. القس. 108, 2439–2461 (2008).

El Kasmi، A.، Wallace، J. M.، Bowden، E.F، Binet، S.M & amp Linderman، R.J. ج مع طبقات أحادية مختلطة مجمعة ذاتيًا. جيه. تشيم. شركة نفط الجنوب. 120, 225–226 (1998).

Wang ، G. X. ، Bao ، W. J. ، Wang ، M. & amp Xia ، X. H. ج في أقطاب SAMs / Au ذات قابلية مختلفة للبلل. تشيم. كومون. 48, 10859–10861 (2012).

Song، S.، Clark، R.A، Bowden، E.F & amp Tarlov، M.J. توصيف السيتوكروم ج/ هياكل الكانيثيولات المحضرة بالتجميع الذاتي على الذهب. J. فيز. تشيم. 97, 6564–6572 (1993).

Hasan، K.، Patil، S.، Leech، D.، Hägerhäll، C. & amp Gorton، L. الاتصالات الكهروكيميائية بين الخلايا الميكروبية والأقطاب الكهربائية عبر أنظمة الأوزميوم الأكسدة والاختزال. بيوتشيم. شركة نفط الجنوب. عبر. 40, 1330–1335 (2012).

غاش ، دبليو ، إتيان ، إم ، أوربانوفا ، في ، يوراند ، إف بي إيه ، أمبير والكاريوس ، إيه سول جيل ، بيوفيلم اصطناعي من تألق الزائفة باستخدام السيتوكروم القلب البقري ج كوسيط الكتروني. الكتروكيم. كومون. 38, 71–74 (2014).

هيلر ، أ. الأسلاك الكهربائية لأنزيمات الأكسدة والاختزال. Acc. تشيم. الدقة. 23, 128–134 (1990).

حميدي ، ح. وآخرون. توليد التيار الضوئي من أغشية الثايلاكويد على الأقطاب الكهربائية المعدلة من الأوزميوم والاختزال والبوليمر. ChemSusChem 8, 990–993 (2015).

حسن ، ك. وآخرون. الاتصالات الكهروكيميائية الضوئية بين البكتيريا الزرقاء (Leptolyngbia sp.) والأقطاب الكهربائية المعدلة من بوليمر الأكسميوم والاختزال. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 16, 24676–24680 (2014).

ني ، هـ. وآخرون. كاثود مُحسَّن من أجل تقليل الكفاءة المحفزة بالميكروبات في خلايا التركيب الكهربائي الميكروبي. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 15, 14290–14294 (2013).

تشانغ ، ت. وآخرون. تحسين مواد الكاثود للتخليق الكهربائي الميكروبي. بيئة الطاقة. علوم. 6, 217–224 (2013).

Popat، S.C، Ki، D.، Rittmann، B. E. & amp Torres، C. I. أهمية OH - النقل من الكاثودات في خلايا الوقود الميكروبية. ChemSusChem 5, 1071–1079 (2012).

ليبيديف ، N. ، Strycharz-Glaven ، S.M & amp Tender ، L. M. دقة عالية AFM ورنين خلية واحدة مطيافية رامان Geobacter sulfurreducens الأغشية الحيوية في وقت مبكر من النمو. أمام. دقة الطاقة. 2, 34 (2014).

كومار ، أ. وآخرون. تعتمد الاستجابة التحفيزية للأغشية الحيوية الميكروبية المزروعة تحت إمكانات الأنود الثابتة على تكوين الخلايا الكهروكيميائية. تشيم. م. ج. 230, 532–536 (2013).

Jana، P. S.، Katuri، K.، Kavanagh، P.، Kumar، A. & amp Leech، D. Charge النقل في أفلام Geobacter sulfurreducens على أقطاب الجرافيت كدالة لسمك الفيلم. فيز. تشيم. تشيم. فيز. 16, 9039–9046 (2014).

Kumar ، A. ، Katuri ، K. ، Lens ، P. & amp Leech ، D. هل يؤثر تكوين الخلية الكهروكيميائية وإمكانات الأنود على استجابة الأغشية الحيوية؟ بيوتشيم. شركة نفط الجنوب. عبر. 40, 1308–1314 (2012).

العطاء ، إل م. وآخرون. العرض الأول لخلية وقود ميكروبية كمصدر طاقة قابل للتطبيق: تشغيل عوامة أرصاد جوية. مصادر الطاقة 179, 571–575 (2008).

Chaudhuri، S. K. & amp Lovley، D. R. توليد الكهرباء عن طريق الأكسدة المباشرة للجلوكوز في خلايا الوقود الميكروبية غير الوسيطة. نات. التكنولوجيا الحيوية. 21, 1229–1232 (2003).

كيم ، هـ. ج. وآخرون. خلية وقود ميكروبية بدون وسيط باستخدام بكتيريا مختزلة من المعدن ، Shewanella المتعفنة. انزيم ميكروب. تكنول. 30, 145–152 (2002).

لوفلي ، دي آر ، وأمبير فيليبس ، إي.جيه.بي.الطريقة الجديدة لاستقلاب الطاقة الميكروبية: أكسدة الكربون العضوي إلى جانب الاختزال المبدد للحديد أو المنغنيز. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 54, 1472–1480 (1988).

Myers، C.R & amp Nealson، K.H. الحد من المنغنيز البكتيري والنمو باستخدام أكسيد المنغنيز كمستقبل وحيد للإلكترون. علم 240, 1319–1321 (1988).

ييتس ، م. وآخرون. نحو فهم نقل الإلكترون خارج الخلية لمسافات طويلة في مجتمع ميكروبي كهربائي ذاتي التغذية. بيئة الطاقة. علوم. 9, 3544–3588 (2016).

Ueki، T.، Nevin، K. P.، Woodard، T.L & amp Lovley، D. R. تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الزبدات باستخدام سلالة هندسية من المطثية ljungdahlii. مبيو 5، e01636-14 (2014).

كين ، إيه إل ، بوند ، دي آر ، وأمبير جرالنيك ، جي إيه التحليل الكهروكيميائي لـ Shewanella oneidensis مصممة لربط أقطاب الذهب. موالفة ACS. بيول. 2, 93–101 (2013).


الملخص

تعد زيادة خلايا الوقود الميكروبية (MFCs) أمرًا لا مفر منه عندما يتعين الحصول على مخرجات طاقة يمكنها تشغيل الأجهزة الكهربائية بخلاف المستشعرات الصغيرة. استخدم هذا البحث كومة MFC ثنائية القطب من أربع خلايا بحجم عمل إجمالي يبلغ 20 لترًا ومساحة سطح غشاء كلية تبلغ 2 م 2. حد الكاثود من أداء MFC بسبب معدل تقليل الأكسجين وانعكاس الخلية. علاوة على ذلك ، أظهرت منحنيات توزيع وقت المكوث أن أغشية الانحناء أدت إلى مسارات تدفق يمكن من خلالها أن يتدفق الكاثوليت من المدخل إلى المخرج ، مع ترك المواد المتفاعلة غير محولة. تم تحسين الكاثود عن طريق خفض الأس الهيدروجيني ، وتطهير الأكسجين النقي ، وزيادة معدل التدفق ، مما أدى إلى زيادة كثافة الطاقة بمقدار 13 ضعفًا إلى 144 واط م −3 ومقاومة حجمية تبلغ 1.2 متر مكعب فقط لكل خلية. تعتبر كلتا النتيجتين من الإنجازات الرئيسية مقارنة بالنتائج المنشورة حاليًا لمختبرات ومعايير MFC الموسعة. عند تصميم MFC موسع ، من المهم ضمان الاتصال الأمثل بين الأقطاب الكهربائية والركيزة وتقليل المسافات بين الأقطاب الكهربائية.


أسئلة جسر الملح الكيميائي للمستوى A (كيف تعمل؟)

في خلية كلفانية ، كيف يعمل جسر الملح بالضبط؟ لقد قيل لي إنه يكمل الدائرة عن طريق السماح للأيونات بالتدفق بين الخلايا النصفية وموازنة الشحنات حيث يجب أن يكون النظام محايدًا كهربائيًا لوجود جهد.

1.) لماذا يجب أن يكون محايدًا كهربائيًا لوجود جهد كهربائي؟
2.) من معرفتي بفيزياء GCSE (لا أمارس فيزياء المستوى A) ، فإن التيار هو تدفق الإلكترونات. إذا كانت الإلكترونات لا تتدفق بين جسر الملح ، فكيف يتم الحفاظ على التيار؟
3.) هل جسر الملح لا يجف بعد فترة عندما تنتقل الأيونات إلى كل نصف خلية؟ هل تم استبداله إذن؟ ألا تنتقل الأيونات من المحلول في نصف خلية إلى الأخرى بالانتشار؟

سأقدر بصدق أي مساعدة في أي من هذه الأسئلة لأنني قضيت حوالي ساعتين في محاولة لمعرفة ذلك بنفسي بأقل قدر من النجاح

ليس هذا ما تبحث عنه؟ جرب & hellip

(المنشور الأصلي بواسطة aque1408)
في خلية كلفانية ، كيف يعمل جسر الملح بالضبط؟ لقد قيل لي إنه يكمل الدائرة عن طريق السماح للأيونات بالتدفق بين نصف الخلايا وموازنة الشحنات حيث يجب أن يكون النظام محايدًا كهربائيًا لوجود جهد.

1.) لماذا يجب أن يكون محايدًا كهربائيًا لوجود جهد كهربائي؟
2.) من معرفتي بفيزياء GCSE (لا أمارس فيزياء المستوى A) ، فإن التيار هو تدفق الإلكترونات. إذا كانت الإلكترونات لا تتدفق بين جسر الملح ، فكيف يتم الحفاظ على التيار؟
3.) هل جسر الملح لا يجف بعد فترة عندما تنتقل الأيونات إلى كل نصف خلية؟ هل تم استبداله إذن؟ ألا تنتقل الأيونات من المحلول في نصف خلية إلى الأخرى بالانتشار؟

سأقدر بصدق أي مساعدة في أي من هذه الأسئلة لأنني قضيت حوالي ساعتين في محاولة لمعرفة ذلك بنفسي بأقل قدر من النجاح

1.) لماذا يجب أن يكون محايدًا كهربائيًا لوجود جهد كهربائي؟

إذا تم تطوير شحنة في نصف خلية ، فستعارض القوى التي تسحب الإلكترونات. على سبيل المثال ، عندما يتحرك إلكترون من نصف خلية حول الدائرة الخارجية ، فإن نصف الخلية يطور شحنة موجبة. هذا من شأنه أن يمنع فقدان إلكترون آخر عن طريق الجذب الكهروستاتيكي. (بسيط ، لكنه يعمل)

2.) من معرفتي بفيزياء GCSE (لا أمارس فيزياء المستوى A) ، فإن التيار هو تدفق الإلكترونات. إذا كانت الإلكترونات لا تتدفق بين جسر الملح ، فكيف يتم الحفاظ على التيار؟

التيار هو في الواقع تدفق شحنة ، وليس بالضرورة إلكترونات. تشكل حركة الأيونات تيارًا.

3.) هل جسر الملح لا يجف بعد فترة عندما تنتقل الأيونات إلى كل نصف خلية؟ هل تم استبداله إذن؟ ألا تنتقل الأيونات من المحلول في نصف خلية إلى الأخرى بالانتشار؟


الأيونات ليست "رطبة" ، فهي جزيئات ذائبة في المذيب. يبقى المذيب في جسر الملح ولا يتأثر بتدفق الأيونات. يتم منع الأيونات من التحرك في الاتجاه المعاكس بنفس القوى التي تجعلها تتحرك في المقام الأول ، وهي التجاذب الكهروستاتيكي.


الملخص

عادة ما يكون أداء خلايا الوقود الميكروبية للرواسب مقيدًا بالبنية والرطوبة ومحتوى الملح في التربة حيث يتم تخصيصها. على الرغم من تأثير التربة ، فإن معظم الجهود المبذولة حتى الآن لتحسين SMFCs اقتصرت على تصميم الأجهزة الخاصة بجهاز الكيمياء الحيوية. Our main objective was to enhance performance of SMFCs by stimulating the in situ formation of silica colloids in a low conductivity rice paddy soil. Our results have revealed that the presence of a silica colloid network, described by cryo-SEM analysis, reduced soil resistivity, enhanced ion mobility and consequently enhanced the power production by a factor of 10. Furthermore, our silica-supplemented soil showed better utilization of the electron donor, either acetate or natural rice root exudates, by electrogenic microbial populations. Sustainable manipulation of soil micromorphology using environmentally friendly reagents such as silica offers a novel approach for enhancing the performance of in situ microbial electrochemical applications in low conductivity soils, thus silica colloid geoengineering should be considered as part of future applications of SMFCs.


Fuel Cell Basics

Fuel cells can provide heat and electricity for buildings and electrical power for vehicles and electronic devices.

How Fuel Cells Work

Fuel cells work like batteries, but they do not run down or need recharging. They produce electricity and heat as long as fuel is supplied. A fuel cell consists of two electrodes—a negative electrode (or anode) and a positive electrode (or cathode)—sandwiched around an electrolyte. A fuel, such as hydrogen, is fed to the anode, and air is fed to the cathode. In a polymer electrolyte membrane fuel cell, a catalyst separates hydrogen atoms into protons and electrons, which take different paths to the cathode. The electrons go through an external circuit, creating a flow of electricity. The protons migrate through the electrolyte to the cathode, where they reunite with oxygen and the electrons to produce water and heat

Types of Fuel Cells

Although the basic operations of all fuel cells are the same, special varieties have been developed to take advantage of different electrolytes and serve different application needs. The fuel and the charged species migrating through the electrolyte may be different, but the principle is the same. An oxidation occurs at the anode, while a reduction occurs at the cathode. The two reactions are connected by a charged species that migrates through the electrolyte and electrons that flow through the external circuit.

Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells, also called proton exchange membrane fuel cells, use a proton-conducting polymer membrane as the electrolyte. Hydrogen is typically used as the fuel. These cells operate at relatively low temperatures and can quickly vary their output to meet shifting power demands. PEM fuel cells are the best candidates for powering automobiles. They can also be used for stationary power production. However, due to their low operating temperature, they cannot directly use hydrocarbon fuels, such as natural gas, liquefied natural gas, or ethanol. These fuels must be converted to hydrogen in a fuel reformer to be able to be used by a PEM fuel cell.

Direct-Methanol Fuel Cells

The direct-methanol fuel cell (DMFC) is similar to the PEM cell in that it uses a proton conducting polymer membrane as an electrolyte. However, DMFCs use methanol directly on the anode, which eliminates the need for a fuel reformer. DMFCs are of interest for powering portable electronic devices, such as laptop computers and battery rechargers. Methanol provides a higher energy density than hydrogen, which makes it an attractive fuel for portable devices.

Alkaline Fuel Cells

Alkaline fuel cells use an alkaline electrolyte such as potassium hydroxide or an alkaline membrane that conducts hydroxide ions rather than protons. Originally used by the National Aeronautics and Space Administration (NASA) on space missions, alkaline fuel cells are now finding new applications, such as in portable power.

Phosphoric Acid Fuel Cells

Phosphoric acid fuel cells use a phosphoric acid electrolyte that conducts protons held inside a porous matrix, and operate at about 200°C. They are typically used in modules of 400 kW or greater and are being used for stationary power production in hotels, hospitals, grocery stores, and office buildings, where waste heat can also be used. Phosphoric acid can also be immobilized in polymer membranes, and fuel cells using these membranes are of interest for a variety of stationary power applications.

Molten Carbonate Fuel Cells

Molten carbonate fuel cells use a molten carbonate salt immobilized in a porous matrix that conducts carbonate ions as their electrolyte. They are already being used in a variety of medium-to-large-scale stationary applications, where their high efficiency produces net energy savings. Their high-temperature operation (approximately 600°C) enables them to internally reform fuels such as natural gas and biogas.

Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells use a thin layer of ceramic as a solid electrolyte that conducts oxide ions. They are being developed for use in a variety of stationary power applications, as well as in auxiliary power devices for heavy-duty trucks. Operating at 700°C–1,000°C with zirconia-based electrolytes, and as low as 500°C with ceria-based electrolytes, these fuel cells can internally reform natural gas and biogas, and can be combined with a gas turbine to produce electrical efficiencies as high as 75%.

Combined Heat and Power Fuel Cells

In addition to electricity, fuel cells produce heat. This heat can be used to fulfill heating needs, including hot water and space heating. Combined heat and power fuel cells are of interest for powering houses and buildings, where total efficiency as high as 90% is achievable. This high-efficiency operation saves money, saves energy, and reduces greenhouse gas emissions.

Regenerative or Reversible Fuel Cells

This special class of fuel cells produces electricity from hydrogen and oxygen, but can be reversed and powered with electricity to produce hydrogen and oxygen. This emerging technology could provide storage of excess energy produced by intermittent renewable energy sources, such as wind and solar power stations, releasing this energy during times of low power production.


شاهد الفيديو: رئيس بلدية السحاولة عن مخلفات الأمطار: حجم المياه كان كبير. والمواطن أيضا يتحمل جزء من المسؤولية (شهر نوفمبر 2022).