Bakterieovertrukne nanofiberelektroder fordøjer forurenende stoffer

Cornell-materialeforskere og bioelektrokemiske ingeniører kan have skabt en innovativ, omkostningseffektivt elektrodemateriale til rensning af forurenende stoffer i spildevand.

Forskerne skabte elektro-spundne kulstof nanofiber elektroder og coated dem med en ledende polymer, kaldet PEDOT, at konkurrere med kulstofelektroder, der er tilgængelige på markedet. Når PEDOT-belægningen påføres, et elektrisk aktivt lag af bakterier - Geobacter sulfurreducens - vokser naturligt for at skabe elektricitet og overføre elektroner til den nye elektrode.

De ledende nanofibre skaber en gunstig overflade for denne bakterie, som fordøjer forurenende stoffer fra spildevandet og producerer elektricitet, ifølge forskningen.

"Elektroder er dyre at lave nu, og dette materiale kunne bringe prisen på elektroder ned, gør det lettere at rense forurenet vand, " sagde co-lead forfatter Juan Guzman, en ph.d.-kandidat inden for bio- og miljøteknik.

Under et mikroskop, kulstofnanofiberelektroden ligner en køkkenskrubber. Elektroden blev lavet af co-lead forfatter Meryem Pehlivaner, FRK. '13, i øjeblikket doktorand ved Northeastern University, med seniorforfatter Margaret Frey, professor i fibervidenskab og associeret dekan ved College of Human Ecology. Pehlivianer fremstillede kulstof nanofibrene via elektrospinning og forkulningsprocesser. Efter et par timers elektrospinning, et tykt nanofiberark – synligt med det blotte øje – kommer frem.

Pehlivaner nåede ud til Guzman og seniorforfatter Lars Angenent, professor i biologisk og miljøteknik, for samarbejde om at anvende kulstofnanofiberelektroderne til samtidig spildevandsrensning og produktion af elektrisk energi.

Den brugerdefinerbare carbon nanofiber elektrode blev brugt for dens høje porøsitet, overfladeareal og biokompatibilitet med bakterierne. Ved at følge PEDOT, materialet får en forbedret funktion, ifølge forskerne.

Guzman sagde, at spildevandsrensningsanlæg ikke anvender denne metode - endnu. I stor skala, bakterierne ved elektroden kunne fange og nedbryde forurenende stoffer fra spildevandet, der strømmer forbi den. En sådan teknologi kan forbedre spildevandsrensningen ved at lade systemerne optage mindre jord og øge gennemstrømningen.

Koncepter som dette sker på campusser, hvor fakultetet og studerende ønsker at kommunikere og samarbejde, sagde Angenent. "Dette definerer radikalt samarbejde, " sagde han. "Vi har fiberforskere, der taler med miljøingeniører, fra to meget forskellige Cornell colleges, at skabe virkelighed ud fra en idé – det var mere eller mindre en anelse – der vil gøre rensning af spildevand bedre og lidt billigere."

Forskningen, "Ydeevne af elektrospundne kulstof nanofiberelektroder med ledende poly (3, 4-ethylendioxythiophen) belægninger i bioelektrokemiske systemer, " vil blive offentliggjort den 15. juli i Journal of Power Sources .