بررسی پارامترهای دما و شدت جریان سابستریت بر عملکرد پیل سوختی میکروبی دو محفظه ای

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

چکیده

در سال های اخیر مصرف انرژی در صنایع گوناگون به سرعت در حال افزایش می باشد. سوخت های فسیلی که منابع اصلی تأمین انرژی به شمار می روند نیز به علت محدودیت و ناپایداری و همچنین به دلیل آلودگی های زیست محیطی و انتشار گازهای گلخانه ای، بشر را ملزم به تأمین انرژی از منابع جایگزین و تجدیدپذیر نموده است. یکی از منابع تجدیدپذیر استفاده از پیل های سوختی میکروبی به منظور تولید الکتریسیته می باشد. در پیل های سوختی میکروبی میکروارگانیسم ها در محفظه بی هوازی آند در اثر اکسایش سابستریت، پروتون و الکترون تولید می کنند. پروتون ها با نفوذ از غشای تبادل پروتونی و الکترون ها از طریق مدار خارجی به سمت محفظه کاتد می روند. الکترون ها و پروتون هادر حضور پذیرنده الکترون یعنی اکسیژن آب تولید می کنند. درنتیجه فرایند پیل سوختی میکروبی از نظر اقتصادی نیز دارای اهمیت زیادی می باشد. یکی از راه ­های شناسایی پیل سوختی میکروبی، مد­­ل­ سازی یا شبیه سازی می باشد. بدین منظور پس از مدل­ سازی و شبیه سازی پیل سوختی میکروبی دو محفظه ای، دو متغیر تأثیر گذار برروی پیل سوختی میکروبی شامل شدت جریان سابستریت و دما مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور پس از بررسی این متغیرها، شدت جریان سابستریت در سه حالت (, )، بیش­ ترین توان به دست آمده از شدت جریان 5/22 سانتی متر معکب بر ساعت به دست آمد و همچنین برای اثرهای دما از دمای 298 تا 333 درجه کلوین مورد بررسی قرار گرفت که بیش ­ترین توان در دمای 298 کلوین به­ دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Tong X.-L., Lin H.-L., Xin J.-H., Liu F., Li M., Zhu X.-P., Recent Advances as Materials of Functional Metal-Organic Frameworks, Journal of Nanomaterials, 2013: 1-11 (2013).
[1] Behera, M., M. Ghangrekar, Performance of Microbial Fuel Cell in Response to Change in Sludge Loading Rate at Different Anodic Feed pH, Bioresource Technol., 100(21): 5114-5121 (2009).
[2] Larrosa-Guerrero A., Scott K., Head I.M., Mateo F., Ginesta A., Godineza C., Effect of Temperature on the Performance of Microbial Fuel Cells, Fuel, 89(12): 3985-3994 (2010).
[3] Min B., Roman O.B., Angelidaki I., Importance of Temperature and Anodic Medium Composition on Microbial Fuel Cell (MFC) Performance, Biotechnol. Lett., 30(7): 1213-1218 (2008).
[4] Oliveira V.B., Simões M., Melo L.F., Pinto A.M.F.R., Overview on the Developments of Microbial Fuel Cells, Biochemical Engineering Journal, 73: 53-64 (2013).
[5] Rahimnejad, M., Ghoreyshi, A.A., Najafpour, G., Jafary, T.,  Power Generation from Organic Substrate in Batch and Continuous Flow Microbial Fuel Cell Operations, Appl. Energy.,88(11): 3999-4004 (2011).
[6] Rahimnejad M., Adhami A., Darvari S., Zirepour A., Oh S.E., Microbial Fuel Cell as New Technology for Bioelectricity Generation: A Review, Alex. Eng. J., 54(3): 745-756 (2015).
[7] Rahimnejad, M., Bakeri, G., Najafpour, G., Ghasemi, M., Oh, S.E., A Review on the Effect of Proton Exchange Membranes in Microbial Fuel Cells, Biofuel Res. J., 1(1): 7-15 (2014).
[8] Cai J., Zheng P., Qaisar M., Xing Y., Effect of Operating Modes on Simultaneous Anaerobic Sulfide and Nitrate Removal in Microbial Fuel Cell, J. Ind. Microbiol. Biotechnology, 41(5): 795-802 (2014).
[9] Winfield, J., Ieropoulos I., Greenman J., Investigating a Cascade of Seven Hydraulically Connected Microbial Fuel Cells, Bioresource Technol., 110:  245-250 (2012).
[10] Juang D., Yang P., Kuo T., Effects of Flow Rate and Chemical Oxygen Demand Removal Characteristics on Power Generation Performance of Microbial Fuel Cells, Int. J. Environ. Sci. Te., 9(2): 267-280 (2012.).
[11] Pant, D., Van Bogaert, G., Diels, L. Vanbroekhoven, K., A Review of the Substrates Used in Microbial Fuel Cells (MFCs) for Sustainable Energy Production, Bioresource Technol., 101(6): 1533-1543 (2010).
[12] Rabaey, K. Verstraete W., Microbial Fuel Cells: Novel Biotechnology for Energy Generation, TREND. Biotechnol., 23(6): 291-298 (2005).
[13] Harnisch F.  Freguia S., A Basic Tutorial on Cyclic Voltammetry for the Investigation of Electroactive Microbial Biofilms, Chemist. Asian J., 7(3): 466-475(2012).
[14] Esfandyari, M., Fanaei, M.A., Gheshlaghi, R. Mahdavi, M.A., Mathematical Modeling of Two-Chamber Batch Microbial Fuel Cell With Pure Culture of Shewanella, Chem. Eng. Res. Des., 117: 34-42(2017).
 
[15] Esfandyari M., Fanaei M.A., Gheshlaghi R., Mahdavi M.A.,  Neural Network and Neuro-Fuzzy Modeling to Investigate the Power Density and Columbic Efficiency of Microbial Fuel Cell, J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 58:  84-91(2016).
[16] Esfandyari M., Fanaei M.A., Gheshlaghi R., Mahdavi M.A., Dynamic Modeling of a Continuous Two-Chamber Microbial Fuel Cell with Pure Culture of Shewanella,  Int. J.  Hydrogen Energ., 42(33):  21198-21202(2017).
[17] Rittmann, B.E. McCarty P.L., “Environmental Biotechnology: Principles and Applications”, Tata McGraw-Hill Education (2012).
[18] Zeng Y., Choo Y.F., Kim B.H., Wu P., Modelling and Simulation of Two-Chamber Microbial Fuel Cell,  J.  Power Sources, 195(1): 79-89(2010).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار