عنوان پایان‌نامه
مطاله اثر بسترهای کامپوزیتی نانو لوله های کربنی بر عملکرد پیل سوختی آنزیمی الکل دهیدروژناز الکترود کربن و پلاتین
- رشته تحصیلی
- بیوشیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک شماره ثبت: 11435ب;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71756
- تاریخ دفاع
- ۳۰ آذر ۱۳۹۴
- دانشجو
- فریده گورانلو
- استاد راهنما
- هدایت اله قورچیان
- چکیده
- پیل‌های سوختی زیستی نوع جدیدی از پیل‌های سوختی هستند که توانایی تبدیل مستقیم انرژی بیوشیمیایی را به انرژی الکتریکی دارند. گرچه پیل های سوختی زیستی توان الکتریکی کمی تولید می کنند ولی به دلیل عملکرد خوب در دمای اتاق مشهورند. در پژوهش اخیردو دسته پیل ساخته شد: پیل های با غشاء و پیل های بدون غشاء. در هر دو دسته آند زیستی، دو نوع نانوکامپوزیت نشانده شد. در تهیه نانو کامپوزیت اول از الکترود کربن شیشه ای استفاده شدکه برروی آن پلی متیلن گرین، پلی دی آلیل دی متیل آمونیوم کلراید، نانولوله های کربنی چند دیواره دارای گروه های کربوکسیل و آنزیم الکل دهیدروژنازقرار داشت و در نوع دوم همان نانوکامپوزیت برروی الکترود کربن نمدی تهیه شد. در این نوع پیل ها از پارچه کربنی پوشیده شده با ذرات پلاتین به عنوان کاتد استفاده شد. در این پایان نامه از نانو کامپوزیت دیگری نیز برای ساخت آند استفاده شد که حاوی مایع یونی 1- متیل-3- متیل ایمیدازولیوم- بیس(3- فلورومتیل سولفونیل) ایمید ، نانولوله های کربنی چند دیواره دارای گروه های کربوکسیل و آنزیم الکل دهیدروژناز بود که بر روی دو نوع الکترود کربن شیشه ای و کربن نمدی نشانده شد. این پیل های سوختی زیستی که در آن ها از پارچه کربنی پوشیده شده با پلاتین به عنوان کاتد استفاده شده بود، به ترتیب دارای دانسیته توان 7/1 و 19 میکرووات بودند. درپیل های دارای غشاء نافیونی نیز از همان نوع آند ها استفاده شد. در خاتمه نیز پیلی طراحی گردید که کاتد آن حاوی آنزیم لاکیز و الکترود مورد استفاده نیز گرافیت دارای نانوکامپوزیت اول بود و آند نیز همان الکترود شیشه ای اصلاح شده حاوی آنزیم الکل دهیدروژناز بود. دانسیته توان پیل تهیه شده از آند زیستی اول برابر 1713میکرووات بر سانتی متر مربع ودانسیته توان حاصل از آند زیستی دوم برابر 157میکرووات بر سانتی متر بود. توان پیل در الکترودهای کربن شیشه ای و کربن نمدی دارای نانوکامپوزیت اول به ترتیب برابر 350، 9/11 و در آند های حاوی نانوکامپوزیت نوع دوم و کاتد پارچه کربنی پوشیده شده با ذرات پلاتین، مقدار توان برابر 120و 27/0میکرووات بر سانتی متر مربع به دست آمد. توان حاصل از پیل واجد آنزیم لاکیز برابر 3980 میکرووات بر سانتی متر مربع بود.از بررسی نتایج چهار نوع آند و دو نوع کاتد چنین حاصل می شود که نانوکامپوزیت اول علاوه بر افزایش توان پیل
- Abstract
- Biofuel cells (BFC) are new generation of fuel cells that able to convert biochemical energy to electrochemical energy. In the present research, eight enzyme based nano-composites was prepared that divided to two groups: with membrane and membraneless. In first group, two nanocomposite was applied on two kind of electrodes (glassy carbon[GC] and carbon felt [Cfelt]), the modified electrods consisting of polymethylene(PMG), carboxylated-multiwall carbon nanotubes (HOOC-MWCNT), alcohol dehydrogenase (ADH) and polydiallyl dimethyl ammonium chloride (PDDA) GC/PMG/HOOC-MWCNT/PDDA/ADH/PDDA and Cfelt/PMG/HOOC-MWCNT/PDDA/ADH/ PDDA and four modified electrods envolving 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis(3-flouromethyl sulfonyl)imide [emim](NTf2) and carboxylated-multiwall carbon nanotubes, alcohol dehydrogenase, GC/HOOC-MWCNT/emimNTf2/ADH and Cfelt/HOOC-MWCNT/emimNTf2/ ADH as bioanodes were developed. For elucidation of effect of nanocomposite on other enzyme and for study of biocathode, another BFC was prepared with bioanode GC/PMG/HOOC-MWCNT/PDDA/ADH/PDDA and Graphite/PMG /HOOC-MWCNT/ PDDA/Laccase/PDDA as biocathode. In the presence of NAD+ as cofactor, and ethanol as fuel, the feasibilities of the bioanodes for increasing the power were evaluated under the ambient conditions. In the optimum conditions the BFCs GC/PMG/HOOC-MWCNT/PDDA/ADH/PDDA and Cfelt/PMG/HOOC-MWCNT/PDDA/ADH/PDDA as bioanods and carbon-Pt as cathode produced the power densities of 1713 and 157 ?W.cm-2 respectively while the discharging times under were 9, 20 and… hrs respectively. The other BFC with GC/HOOC-MWCNT/emimNTf2/ ADH and Cfelt/HOOC-MWCNT/emimNTf2/ADH as bioanodes and carbon-Pt as cathode produced the power densities of 19 and 1.7 ?W.cm-2 respectively In BFC with membrane the GC/PMG/HOOC-MWCNT/PDDA/ADH/PDDA and Cfelt/PMG/HOOC-MWCNT/PDDA/ADH/ PDDA as bioanode and carbon-Pt as cathode, the power densities of 350 and 11.9 ?W.cm-2 respectively. In BFC with membrane and with bioanodes GC/HOOC-MWCNT/
