عنوان پایان‌نامه
به کار گیری واکنش های آنزیمی بمنظور ساخت الکترود های آندی-کاتدی در یک میکرو بیو راکتور سلول سوختی-زیستی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1199.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 55408
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- حسن نظام محله
- استاد راهنما
- محمدرضا گنجعلی, قاسم عموعابدینی
- چکیده
- الکترودهای آنزیمی آندی/کاتدی جهت استفاده در یک میکروبیوراکتور سلول سوختی¬زیستی در این پژوهش ساخته شد. این الکترودها با اصلاح سطح بستر گرافیتی و سیلیکونی با میکروسیم¬های کامپوزیتی زیست¬سازگار دی¬فنیل¬آلانین–نقره جهت تثبیت آنزیم¬ تهیه گردیدند. بستر اصلاح شده با داربست¬ها با پلیمر زیست¬سازگار پلی¬آنیلین آرایش یافت و جهت تبادلات الکترونی آنزیم گلوکزاکسیداز به¬کارگرفته شد. الکترود آندی سپس با تثبیت سه مرحله¬ای گلوکزاکسیداز شامل جذب¬سطحی، راسب-سازی و اتصال¬عرضی آنزیم¬ها با گلوترالدهید برروی بستر تهیه گردید. فعالیت و پایداری این الکترود آندی با آزمایش طیف¬سنجی¬نوری سنجیده شد. فعالیت نسبی الکترود آندی پس از چهار روز فعالیت درون محلول همزده مکانیکی با دور rpm600 از 100% به 60% رسید. بررسی¬ها نشان داد که کاهش فعالیت آنزیمی عمدتا به¬دلیل دناتوره شدن آنزیم¬ها در اثر تنش¬های وارده می¬باشد. از آن¬جائی¬که آنزیم لاکاز قابلیت تبادل مستقیم با الکترود را دارد، نیازمند مولکول¬های میانی برای کاهش اکسیژن مولکولی نیست. لذا الکترود کاتدی با تثبیت سه¬ مرحله¬ای آنزیم برروی میکروسیم¬های دی¬فنیل¬آلانین شامل جذب¬سطحی، راسب¬سازی و اتصال عرضی آنزیم¬ها به یکدیگر و سطح بستر تهیه شد. مشخصه¬سازی عبور جریان در آزمایش ولتامتری چرخه¬ای با تهیه الکترود آندی و کاتدی با سطح cm2 004/0، الکترود کمکی پلاتین و الکترود مرجع Ag/AgCl sat’KCl انجام شد. دانسیته جریان mA/cm2 5/1 در پتانسیل V 22/0 تحت سرعت روبش mV/sec 50 در الکترود آندی و دانسیته جریان mA/cm2 144/0 در اختلاف پتانسیل V 45/0 تحت سرعت روبش mV/sec 10 در الکترود کاتدی با قرارگیری در محیط بافر فسفات M 1/0 (5/5 pH) در دمای oC 25 به¬دست آمد.
- Abstract
- In this study, enzymatic anode/cathode electrodes have been designed and fabricated for utilization in a microbioreactor biofuel cell. These electrodes have been prepared by modification of the silicone and graphitic surfaces with Diphenylalanine-silver composite microwires. The modified support were then coated by polyaniline and utilized for electron transfer mediation of glucose oxidase. Anode electrode has been prepared by glucose oxidase immobilization on the support in a three step process consisting of enzyme adsorption, precipitation and cross linking. Activity and stability of the electrode were investigated by a spectrophotometric measurement. The relative activity of anode electrode reduced from 100% to 60% after 4 day continuous operation in a mechanically stirred solution at 600 rpm. The activity reduction was investigated and determined to be mainly because of enzyme denaturation under stress. Direct electron transfer ability of laccase has obviated the need for a mediator for oxygen reduction. Thus the cathode electrode has been prepared by immobilization of laccase enzyme on diphenylalanine microwires in a three step process consisting of enzyme adsorption, precipitation, and cross liking. Cyclic voltammetry (CV) was used to characterize the anode and cathode electrode with a surface area of 0.004 cm2 in a three electrode system. A platinum wire and an Ag/AgCl sat’KCl electrode were used as counter and reference electrodes, respectively. Current density were measured 1.5 mA/cm2 at 0.22 V with a scan rate of 50 mV/sec for anode electrode and 0.144 mA/cm2 at 0.45 V with a scan rate of 10 mV/sec for cathode electrode in 0.1 M phosphate buffer (pH 5.5) solution at 25oC.
