水環境微生物工学研究室の成果がThe Journal of General and Applied Microbiologyに発表されました

水環境微生物工学研究室の成果がThe Journal of General and Applied Microbiologyに発表されました.

Comparative evaluation of fibrous artificial carbons and bamboo charcoal in terms of recovery of current from sewage wastewater

Wataru Nagahashi, Naoko Yoshida

DOI:https://doi.org/10.2323/jgam.2021.05.001

Abstract

In this study, two fibrous carbon anodes (namely, pleated non-woven graphite (PNWG) and carbon brush (CB) made from artificial carbon) and bamboo charcoal (BC) were evaluated for current recovery from sewage wastewater. When these anodes were polarized at 0.2 V vs. Ag/AgCl in sewage wastewater, CB produced a maximum current of 2.9 A/m². This exceeded that produced by PNWG (1.5 A/m²) and BC (1.4 A/m²). The accumulative charge recovery achieved with CB was superior to those achieved with the other two (1.6- and 2.2-fold higher than that with PNWG and BC, respectively). During the cyclic voltammetry analysis, CB demonstrated the highest catalytic current with maximum potential in the range of –0.6 to 0.4 V vs. Ag/AgCl and the smallest anode resistance (0.20 Ωm²). Direct cell counting revealed that the fibrous anodes (CB and PNWG) attached most of the cells in the anodes (80%), whereas BC did not. In contrast, the proportion of Geobacter species, a representative electrogenic microorganism in the total bacteria, was observed to be similar among the three anodes (4.4–5.8%). The tubular microbial fuel cell (ø 5.0 cm) equipped with an air-chamber core wrapped with an anion exchange membrane (AEM) and the CB delivered a current of 1.8 A/m². This is higher than those reported in the existing literature for the same microbial fuel cell (MFC) configuration. This indicates that the alteration of the anode from planar to brush can contribute toward improving the current recovery through the air-cathode-AEM-MFC. The BC needs improvement to have more specific surface area, whereas it showed superiority in cost efficiency considering material and processing.

この研究では, 2つの繊維状カーボンアノード（つまり、プリーツ不織布グラファイト（PNWG）と人工カーボン製のカーボンブラシ（CB））と竹炭（BC）について,下水からの現在の回収率を評価しました.これらのアノードが下水廃水中のAg / AgClに対して0.2Vで分極された場合、CBは2.9 A / m2の最大電流を生成しました.これは、PNWG（1.5 A / m2）およびBC（1.4 A / m2）によって生成されたものを上回りました。 CBで達成された累積電荷回復は、他の2つで達成されたものよりも優れていました（PNWGおよびBCで達成されたものよりそれぞれ1.6倍および2.2倍高かった）.　サイクリックボルタンメトリー分析中、CBは、Ag / AgClに対して–0.6〜0.4 Vの範囲で最大電位、最小のアノード抵抗（0.20Ωm2）で最大の触媒電流を示しました。直接細胞カウントにより, 繊維状アノード（CBおよびPNWG）がアノード内のほとんどの細胞（80％）に付着しているのに対し、BCは付着していないことが明らかになりました.　対照的に、全細菌中の代表的な起電性微生物であるジオバクター種の割合は, 3つのアノード間で類似していることが観察されました（4.4〜5.8％）.　陰イオン交換膜（AEM）で包まれた空気室コアとCBを備えた管状微生物燃料電池（ø5.0cm）は, 1.8 A / m2の電流を供給しました。これは、同じ微生物燃料電池（MFC）構成について既存の文献で報告されているものよりも高くなっています.　これは, アノードを平面からブラシに変更することで、エアカソード-AEM-MFCを介した電流回収の改善に貢献できることを示しています. BCは比表面積を増やすために改善が必要ですが, 材料と処理を考慮するとコスト効率に優れることが示されました.

本文はか下記より読めます

https://www.jstage.jst.go.jp/browse/jgam/advpub/0/_contents/-char/en