EPPG VE NANO-METAL YÜKLÜ EPPG ELEKTROTLARIN MİKROBİYAL ELEKTROLİZDEKİ ETKİNLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI * Investigation of the Effects of EPPG and Nano-Metal Doped EPPG Electrodes on Microbial Electrolysis Açelya SEÇER ATEŞ Kimya Anabilim Dalı Oktay ERBATUR Kimya Anabilim Dalı ÖZET Bu çalışmada, kenar düzlem pirolize grafit (Edge plane pyrolytic graphite, EPPG) materyallerinin Pt ve Ni yüklenmiş farklı kombinasyonları mikrobiyal elektroliz düzeneğinde katot olarak kullanılarak hidrojen gazı çıkışı üzerine etkileri kıyaslanmıştır. Pt ve Ni yüklü elektrotlar elektrolitik kaplama tekniği ile hazırlanmıştır. Hazırlanan elektrotların yüzeyleri deneylerden önce elektrokimyasal olarak karakterize edilmiştir. Shewanella oneidensis MR-1 saf bakteri kültürünün ekzoelektrojenik bakteri olarak kullanıldığı deneylerde, karbon kaynağı olarak 2,0 g/l glukoz kullanılmıştır. Deneyler her elektrot kombinasyonu için 0,5V; 0,7V ve 1,0 V uygulama potansiyellerinde gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonunda elde edilen H 2 gazı miktarları göz önünde bulundurulduğunda, hidrojen üretiminde etkinliği en yüksek olan elektrot kombinasyonun 0,7V uygulama potansiyelinde, 13,4±1,67 mmol H 2 gazı üretimi ve 2,44molH 2 /molglukoz hidrojen verimi ile anot olarak EPPG nin katot olarak Pt yüklü EPPG nin kullanıldığı kombiansyon olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Hidrojen, Mikrobiyal Elektroliz (ME), Shewanella oneidensis MR-1 ABSTRACT In this study different combinations of Pt and Nickel doped EPPG (Edge Plane Pyrolyzed Graphite) and EPPG electrodes were used as cathode in microbial electrolysis cell and effects on hydrogen gas production of each electrode combination were compared. Pt and Ni doped electrodes were prepared by electrodeposition. Surfaces of the electrodes were characterized electrochemically before the experiments. Shewanella oneidensis MR-1 was used as exoelectogenic bacteria in microbial electrolysis and 2,0 g/l glucose was used as substrate in electrolyte solutions. Microbial electrolysis experiments were performed at 0,5V, 0,7V and 1,0V applied potentials for each electrode combination. Considering the volume of Hydrogen gas produced at the end of the experiments, the combination in which EPPG was used as anode and Pt doped EPPG was used as cathode, was the most effective combination on hydrogen production with a hydrogen amount of 13,4±1,67 mmol and hydrogen yield of 2,44molH 2 /molglucose at 0,7V. Keywords : Hydrogen, Microbial Electrolysis (ME), Shewanella oneidensis MR-1 * Yüksek Lisans Tezi-MSc. Thesis - 1 -
Giriş Gaz, sıvı ve hatta metal hidrür şeklinde katı halde bulunan hidrojen, fosil yakıtların kullanıldığı birçok alanda kullanılabilecek en olası aday olarak öne çıkmaktadır. Hidrojen yenilenebilir kaynaklardan elde edilebildiği taktirde hem fosil yakıt tüketimine olan ihtiyacı azaltarak var olan enerji ihtiyacını sürdürülebilir olarak karşılayabilecek, hem de sera gazları ve diğer kirletici gazların atmosfere salınımınını azaltacaktır. Hidrojen doğada serbest gaz halinde değil, diğer elementlere bağlı halde bulunur. Dolayısıyla, bağlı hidrojenin serbest moleküler hale getirilmesi için teknolojilerin geliştirilmesi gerekmektedir. Yapılan araştırmalar, bakterilerin, mikrobiyal yakıt pili (Microbial Fuel Cell, MFC) bazlı,elektroliz tipi bir yöntemle hidrojen gazı üretiminde kullanılabileceğini kanıtlamıştır. (Liu ve ark., 2005; Rozendal ve ark., 2006; Rozendal ve Buisman, 2005). Mikrobiyal yakıt pili (MFC), biyolojik olarak dönüştürülebilir bir substrattaki mevcut kimyasal enerjiyi doğrudan doğruya elektriğe dönüştürür. Burada, bakteriler substratı elektronlara dönüştürmek için bir katalizör olarak kullanılırlar. mikrobiyal yakıt hücresi tasarımında, anot bölümünde bakteriler oksidatif dönüşümlere neden olurken, katot bölümünde kimyasal ve mikrobiyal indirgeme prosesleri gerçekleşmektedir. Bakteriler anotta yaşarlar ve glukoz, asetat ve aynı zamanda atık su gibi bir substratı (karbon kaynağı) karbondioksit, proton ve elektronlara dönüştürürler. Aerobik koşullar altında, mikrobiyal yakıt hücresinin anodunda oksijen mevcut değildir ve bakteriler, mikrobiyal yakıt hücresi anodu gibi, doğal elektron alıcılardan çözünmez bir alıcıya dönüşmeye ihtiyaç duyarlar. Elektron transferi ya membran-bağlı elektron taşıyıcıları, çözünür elektron aktarıcılar veya nano teller ile gerçekleşebilir. Anot, ortamda üretilen elektronların alıcısı veya taşıyıcısı görevini görür. Daha sonra elektronlar katotta bir yük veya dirençle bir elektrik devresinden akar. Elektron akışı ile birlikte anot ve katot arasındaki potansiyel fark, elektrik gücünün oluşumu ile sonuçlanır. Organik maddeleri parçalamak için elektrokimyasal olarak aktif bakterilerin kullanımı ile yüksek verimde hidrojen gazı üretilebilir. Katot bölmesi oksijenden yalıtılarak modifiye edilmiş bir mikrobiyal yakıt hücresinde bakteriler kullanılarak elektroliz tipi bir uygulama ile organik substratlardan hidrojen gazı üretilebileceği ilk olarak birbirinden bağımsız çalışan iki ayrı araştırma grubu tarafından 2005 yılında gösterilmiştir.(liu, H. ve ark., 2005; Rozendal ve Buisman, 2005; Rozendal ve ark., 2006). Sonraları mikrobiyal elektroliz olarak adlandırılan bu yöntem kullanılarak ekzoelektrojenik bakterilerin bulunduğu ortamda suda çözünmüş organik maddeleri elektrokimyasal olarak parçalayarak yüksek verimde hidrojen gazı elde edilebileceği kanıtlanmıştır. Bu yöntemde az bir potansiyel uygulanması ile hidrojen üretimi mümkün olmakla birlikte, yüksek verim için uygulanan potansiyel 1V a kadar arttırılabilir. Bazı çalışmalarda organik substrattaki hidrojenin hidrojen gazına dönüşümünde %100 e yaklaşan verimler elde edilmiş olup, mikrobiyal elektrolizde üretilen birim hidrojen başına kullanılan elektrik enerjisi, suyun konvansiyonel elektrolizinde kullanılandan çok daha azdır. (Logan ve ark., 2008) - 2 -
Mikrobiyal elektroliz yöntemi temelde mikrobiyal yakıt pili yapısını baz alır, fakat aralarında bazı önemli farklılıklar vardır. Mikrobiyal yakıt pili prosesinde, suda çözünmüş halde bulunan organik substrat, anotta, ekzoelektrojenik bakterilerin katalitik etkisi ile yükseltgenip parçalanırken çözelti içerisinde CO 2, protonlar ve diğer küçük organik yapılar oluşur ve elektronlar bir dış elektrik devresi aracılığıyla anottan katota doğru aktarılırken protonlar katotta oksijen ile reaksiyona girerek suya dönüşürler. Sistemin serbest enerjisi ile kendiliğinden gerçekleşen bu olay esnasında elektrik üretilir. (Logan ve ark., 2006). Ortamda oksijen olmadığı taktirde akım oluşumu kendiliğinden gerçekleşmez ve mikrobiyal yakıt bili çalışmaz. Fakat bu durumda, anot ve katot arasına pratikte 0,2 V un üzerinde bir potansiyel uygulandığında, katotta protonların indirgenmesi sonucu hidrojen gazı açığa çıkar. Bu uygulama mikrobiyal elektroliz, kullanılan reaktör de mikrobiyal elektroliz hücresi (MEC) olarak isimlendirilmiştir. Mikrobiyal yakıt pili ve mikrobiyal elektroliz hücrelerinde kullanılan bakteriler ise ekzoelektrojenik olarak isimlendirilmiştir. (Rozendal ve ark., 2007; Call ve Logan, 2008; Cheng ve Logan, 2007; Logan 2008) Materyal ve Metot Materyal Mikroorganizmalar Mikrobiyal elektroliz deneylerinde ekzoelektrojenik Schewanella oneidensis MR-1 saf bakteri kültürü USA dan temin edilmiştir. Elektrotlar Mikrobiyal elektroliz hücresinde anot olarak kenar yüzey pirolitik grafit (Edge Plane Pyrolytic Graphite,EPPG), (Momentive PG plate UEK, USA) katot olarak EPPG, Ni yüklü EPPG ve Pt yüklü EPPG kullanılmıştır. Metot Mikrobiyal Elektroliz Hücresinin Dizaynı Mikrobiyal elektroliz deneylerinde tek odalı ve membransız hücre kullanıldı. Elektroliz deneylerinde sıcaklığın sabit tutulması için ısıtmalı bir su sirkülatörü (Huber Compatible Control CC1) kullanıldı. Elektroliz hücresinin kapak kısmında 6 adet giriş ve çıkış (ph prob girişi, referans elektrot girişi, 2 adet elektrot girişi, gaz çıkışı, örnekleme girişi) bulunmaktadır. Hücre ile kapak, aralarına sızdırmazlığın sağlanması amacı ile silikon bir O-ring yerleştirildikten sonra paslanmak çelikten kelepçe ile sıkıştırılarak kapatılmıştır. Kapak kısmındaki giriş çıkışların tamamı uygun bir septumlu kapak ile sıkıca kapatılmıştır. Gaz çıkışına takılan hortumun bir ucu septumlu kapak ile sıkıca kapatılmış ve diğer ucu içi su dolu bir bürete yerleştirilmiştir. Bu büret, su dolu bir kapa açık ucu altta kalacak şekilde daldırılmıştır. Bu şekilde elektroliz esnasında açığa çıkan gaz, su ile yer değiştirerek büretin içerisinde toplanmış ve hacim ölçümü yapılmıştır. Elektrotların Dizaynı Çalışmada anot ve katot olarak kullanılacak EPPG elektrotlar, pirolize grafit levhalar kenar yüzeylerinden (edge plane) kesilerek hazırlanmıştır. Daha sonra bu - 3 -
parçalar 39 x 5 x 5 mm boyutlarında kesilerek, elektriksel devrede elektron aktarımını sağlamak amacı ile 0,2 mm kalınlığında bakır tele bağlandıktan sonra bir cam çubuk içersine sabitlenmiştir. Çözelti ile temasta olması istenmeyen asıl yüzeyler (basal plane) epoksi ile kaplanmıştır. 24 saatlik kurutma süresinin ardından elektrotlar kullanıma hazır hale gelmiştir. Çalışmada katot olarak kullanılacak Ni yüklü EPPG elektrotlar, EPPG üzerine elektrolitik olarak Ni çöktürme yöntemi ile hazırlanmıştır. Elektrolitik Ni yükleme işlemi esnasında %30 Ni.SO4.7H 2 O, %7 NiCl 2.6H 2 O, %1.25 H 3 BO 3 içeren bir çözelti kaplama çözeltisi olarak kullanılmıştır (Solmaz ve ark.,2012) Yüzeyi Ni yüklenecek olan EPPG elektrotun çalışma elektrotu, Pt elektrotun karşı elektrot olarak ve Ag/AgCl (doy. KCl) referans elektrotunun kullanıldığı bir sistemde -20mA akımda oda sıcaklığında 5 saat süre ile elektroliz edilmiştir. Çalışmada kullanılan Pt yüklü EPPG elektrotlar, EPPG üzerine elektrolitik olarak Pt çöktürme yöntemi ile hazırlanmıştır. Pt ile kaplanacak olan EPPG elektrotlar 39 x 5 x 5 boyutlarında kesilerek bazal yüzeyleri Pt indirgenmesini önlemek amacı ile epoksi ile kapatılmıştır. Çöktürme işlemi %0,8(w/w) KCl, %0,6 (w/w) H 3 BO 3, %0,3 (w/w) NaC 6 H 5 O 7 ve %0,07 H 2 PtCl 6 içeren bir çözeltide, çalışma elektrotu olarak EPPG, karşı elektrot olarak Pt ve Ag/AgCl(doy.KCl) referans elektrotunun kullanıldığı bir elektroliz düzeneğinde - 5mA akım uygulanarak 5 saat süre ile gerçekleştirilmiştir. Standart Elektroliz Çözeltisinin Hazırlanması Çalışmada kullanılan elektrolit çözeltisi bileşimini MgSO 4.7H 2 O (0,125 g/l), K 2 HPO 4 (0,5 g/l), KH 2 PO 4 (0,5 g/l), NaCl (1 g/l), pepton (5 g/l), L-cysteine HCl. H 2 O (0,05 g/l) ve maya ekstraktı (0,3 g/l) oluşturmaktadır (Argun ve ark., 2008). Gerekli olduğunda bu çözeltinin ph sı 1,0 M NaOH çözeltisi ile 7,0 a ayarlanmıştır. Mikrobiyal Elektroliz Deneyleri Tüm mikrobiyal elektroliz düzeneklerinde ceketli cam reaktör ve EPPG elektrotlar anot ve katot, metal yüklü EPPG elektrotlar katot olarak kullanılmıştır. Elektroliz çözeltileri, 500 ml standart elektroliz çözeltisi bileşimine karbon kaynağı olarak glukoz (2,0 g/l) eklenerek hazırlanmıştır. Elektroliz çözeltilerine önceden ekilmiş ve maksimum yoğunluğa ulaştıktan sonra 25 C ve 4000 rpm de 15 dk santrifüj edilerek çöktürülen Shewanella oneidensis bakteri kültürü eklenmiştir. Deneyler 0,5; 0,7; 1,0V sabit uygulama potansiyellerinde, 150 rpm karıştırma hızında, 30 C sıcaklıkta, güç kaynağı olarak bir potansiyostat (Iviumstat Soft Potanyiostat, EGΣG Inst. Model 362) kullanılarak 24 saat boyunca gerçekleştirilmiştir. Çalışma sıcaklığı ısıtmalı su sirkülatörü sabit tutulmuştur. Tüm deneylere başlamadan önce, çözeltiden N 2 gazı geçirilmiştir.. Araştırma Bulguları ve Tartışma EPPG ile yapılan Mikrobiyal Elektroliz Deneyleri Çalışmanın bu bölümünde mikrobiyal elektroliz deneylerinde kullanılan anot EPPG elektrotlar bakteri yükleme işlemine tabi tutulmadan kullanılmıştır. Katot olarak EPPG nin kullanıldığı deneyler sırasıyla 0,5; 0,7 ve 1,0 V uygulama potansiyellerinde 2,0 g/l glukoz ve maksimum yoğunluğa ulaştıktan sonra santrifüjlenip çöktürülen Shewanella oneidensis MR-1 saf bakteri kültürü içeren - 4 -
Elektrot Elektrot Yüzey Ala (cm 2 ) Potansiyel (V) Toplam Gaz Hacmi (ml) Ç.Ü Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Yıl:2012 Cilt:28-2 500 ml standart elektroliz çözeltisi ile gerçekleştirilmiştir. Elektroliz deneylerinde uygulanan elektroliz potansiyeline bağlı olarak elde edilen gaz miktarları ve gaz bileşimleri Çizelge 1 de gösterilmiştir. Çizelge 1. Yüzey alanı 24,88 cm 2 olan EPPG nin anot olarak kullanıldığı, bakteri ve glukoz içeren standart elektroliz çözeltisinin farklı potansiyellerde elektrolizi sonucunda elde edilen toplam gaz miktarları, gaz bileşimleri ve mol sayıları. Bileşimdeki GazHacmi (ml) Oluşan Gazların mol Sayıları(mmol) EPPG 24,88 0,5 188,5±2,1 176,1±2,6 12,4±0,5 7,21± 0,11 0,51± 0,02 EPPG 24,88 0,7 230,1±44,1 192,5±29,7 32,9±2,44 7,88±1,22 1,35±0,09 EPPG 24,88 1,0 132,9±4,20 118,22±5,51 14,68±1,29 4,84±0,23 0,60±0,05 Deney sonuçları 24 saat süren elektroliz deneyleri sonucunda elde edilen toplam H 2 gazı miktarları göz önünde bulundurularak değerlendirilmiştir. Bu sonuçlara göre, anot elektrot olarak EPPG, katot elektrot olarak EPPG nin kullanıldığı deney grubunda maksimum H 2 gazı miktarı 7,88± 1,22 mol ile 0,7V uygulama potansiyelinde elde edilmiştir. Ni Yüklü EPPG ile Yapılan Mikrobiyal Elektroliz Deneyleri Çalışmanın bu bölümünde H 2 gazı çıkışına olan etkisi EPPG elektrota kıyasla daha olumlu olduğu aşırı gerilim belirleme çalışmaları ile kanıtlanan Ni yüklü EPPG elektrotun katot olarak kullanıldığı mikrobiyal elektroliz deneyleri gerçekleştirilmiştir. Anot elektrot olarak EPPG nin kullanıldığı elektroliz deneyleri diğer elektroliz deneylerinde kullanılanlarla aynı bileşime sahip elektroliz çözeltilerinin sırası ile 0,5; 0,7 ve 1,0V uygulama potansiyellerinde gerçekleştirilmiştir. 24 saatlik deney süreleri sonunda elde edilen toplam gaz hacimleri, gazların bileşimleri ve elde edilen toplam H 2 gazı miktarları çizelge 2 de verilmiştir. Çizelgedeki sonuçlar göz önünde bulundurulduğunda Ni yüklü EPPG nin katot olarak kullanıldığı deney grubunda, EPPG nin katot olarak kullanıldığı deney grubunda olduğu gibi en yüksek H 2 gazı miktarının elde edildiği optimum uygulama potansiyeli 0,7V olarak görülmektedir. Bu potansiyelde edilen toplam gaz hacmi 297,5± 48,8 ml ile diğer deneylerden elde edilen gaz hacimlerinden daha fazladır. Bunun yanı sıra bileşimdeki gaz hacimleri de göz önünde bulundurulursa 0,7V uygulama potansiyelinde 24 saatlik süre sonucunda elde edilen H 2 gazı hacim olarak 257,51±44,30 ml ile diğer uygulama potansiyellerinde elde edilenlerden ( 0,5V için 132,54±5,01; 1,0V için 137,17±3,04) oldukça fazladır. Bu durumda Ni yüklü EPPG elektrotun katot olarak kullanıldığı mikrobiyal elektroliz deneyleri için - 5 -
Elektrot Elektrot Yüzey Ala (cm 2 ) Potansiyel (V) Toplam Gaz Hacmi (ml) Ç.Ü Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Yıl:2012 Cilt:28-2 optimum potansiyel 0,7V ve elde edilen maksimum H 2 gazı miktarı ise 10,6±1,81 mmol olarak belirlenmiştir. Çizelge 2.. Ni Yüklü EPPG nin katot olarak kullanıldığı, bakteri ve glukoz içeren standart elektroliz çözeltilerinin farklı potansiyellerde elektrolizi sonucunda elde edilen toplam gaz miktarları, gazların bileşimleri ve mol sayıları Bileşimdeki Oluşan Gazların GazHacmi (ml) mol Sayıları(mmol) Ni/EPPG 11,25 0,5 156,0±8,49 132,54±5,01 23,46±3,48 5,42±0,21 0,96±0,14 Ni/EPPG 11,25 0,7 297,5±48,8 257,51±44,30 39,99±4,48 10,6±1,81 1,64±0,18 Ni/EPPG 11,25 1,0 159,5±3,54 137,17±3,04 22,33±0,49 5,61±0,12 0,91±0,01 Çizelgedeki sonuçlar göz önünde bulundurulduğunda Ni yüklü EPPG nin katot olarak kullanıldığı deney grubunda, EPPG nin katot olarak kullanıldığı deney grubunda olduğu gibi en yüksek H 2 gazı miktarının elde edildiği optimum uygulama potansiyeli 0,7V olarak görülmektedir. Bu potansiyelde edilen toplam gaz hacmi 297,5± 48,8 ml ile diğer deneylerden elde edilen gaz hacimlerinden daha fazladır. Bunun yanı sıra bileşimdeki gaz hacimleri de göz önünde bulundurulursa 0,7V uygulama potansiyelinde 24 saatlik süre sonucunda elde edilen H 2 gazı hacim olarak 257,51±44,30 ml ile diğer uygulama potansiyellerinde elde edilenlerden ( 0,5V için 132,54±5,01; 1,0V için 137,17±3,04) oldukça fazladır. Bu durumda Ni yüklü EPPG elektrotun katot olarak kullanıldığı mikrobiyal elektroliz deneyleri için optimum potansiyel 0,7V ve elde edilen maksimum H 2 gazı miktarı ise 10,6±1,81 mmol olarak belirlenmiştir. Pt Yüklü EPPG ile Yapılan Mikrobiyal Elektroliz Deneyleri Anot olarak EPPG katot olarak Pt yüklü EPPG nin kullanıldığı bu deney grubunda bakteri ve glukoz içeren elektroliz çözeltilerinin 0,5V; 0,7V ve 1,0V uygulama potansiyellerinde elektrolizi gerçekleştirilmiştir. Pt yüklü EPPG nin H 2 gazı çıkışına olan etkisinin Ni yüklü EPPG ve EPPG elektrota göre daha olumlu olduğu aşırı gerilim belirleme çalışmaları ile elektrokimyasal olarak kanıtlanmıştır ve bu deney grubu ile bu etkinin elektroliz deneylerinin sonuçlarına olan katkısının incelenmesi amaçlanmıştır. 0,5V; 0,7V ve 1,0V uygulama potansiyellerinde 24 saatlik deney süreleri sonunda elde edilen toplam gaz hacimleri, gazların bileşimleri ve elde edilen toplam H 2 gazı miktarları çizelgede 3 te verilmiştir. - 6 -
Elektrot Elektrot Yüzey Ala (cm 2 ) Potansiyel (V) Toplam Gaz Hacmi (ml) Ç.Ü Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Yıl:2012 Cilt:28-2 Çizelge 3. Ni Yüklü EPPG nin katot olarak kullanıldığı, bakteri ve glukoz içeren standart elektroliz çözeltilerinin farklı potansiyellerde elektrolizi sonucunda elde edilen toplam gaz miktarları, gazların bileşimleri ve mol sayıları Bileşimdeki GazHacmi (ml) Oluşan Gazların mol Sayıları(mmol) Pt/EPPG 11,25 0,5 254,0±12,73 226,82±11,37 27,18±1,36 9,28±0,47 1,11±0,06 Pt/EPPG 11,25 0,7 369,5±40,31 325,45±40,70 44,06±0,39 13,4±1,67 1,80±0,02 Pt/EPPG 11,25 1,0 241,0±5,66 206,04±3,13 34,97±2,53 8,43±0,13 1,43±0,10 Çizelgedeki sonuçlara göre Pt yüklü EPPG elektrotun katot olarak kullanıldığı deneylerde en yüksek gaz hacmi 0,7V uygulama potansiyelinde elde edilmiştir. Ayrıca bu uygulama potansiyelinde elde edilen gaz bileşimindeki H 2 gazı miktarı da diğer uygulama potansiyellerinde elde edilen miktarlara göre (0,5V ta 226,82±11,37; 1,0V ta 206,04±3,13) gözle görülür derecede fazladır. Bu nedenle Pt yüklü EPPG elektrotun katot olarak kullanıldığı deneylerde optimum uygulama potansiyeli 0,7 V ve 24 saat sonunda elde edilen maksimum H 2 gazı miktarı 13,4±1,67 mmol olarak belirlenmiştir. EPPG, Ni yüklü EPPG ve Pt yüklü EPPG nin katot olarak kullanıldığı tüm elektroliz deneyleri içerisinde maksimum etkinlik gösteren elektrot kombinasyonun belirlenmesi amacı ile her elektrot kombinasyonu için optimum uygulama potansiyellerine, elde edilen toplam H 2 gazı miktarları Çizelge 4.15 te de karşılaştırılmıştır. Çizelge 4. EPPG, Ni yüklü EPPG ve Pt yüklü EPPG nin katot olarak kullanıldığı mikrobiyal elektroliz deneylerinde optimum potansiyellerde elde edilen maksimum H 2 gazı miktarları. Elektrot Elektrot Yüzey Alanı (cm 2 ) Potansiyel (V) nh 2 (mmol) EPPG 24,88 0,7 7,88±1,22 Ni/EPPG 11,25 0,7 10,6±1,81 Pt/EPPG 11,25 0,7 13,4±1,67-7 -
Çizelgedeki sonuçlara göre tüm elektrot kombinasyonları için maksimum H 2 gazı miktarının elde edildiği potansiyel 0,7V tur. Deney sonuçları elektrotların yüzey alanları arasındaki oran dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Buna göre,ni yüklü EPPG ile birim H 2 gazı miktarı (10,6±1,81mmol), EPPG elektrotun metal yüklenmeksizin katot olarak kullanıldığı deneylerden elde edilenin (7,88±1,22mmol) yaklaşık 3 katıdır. Pt yüklü EPPG elektrot elde edilen H 2 gazı miktarı ise (13,4±1,67mmol) EPPG elektrotun metal yüklenmeksizin katot olarak kullanıldığı deneylerden elde edilen H 2 gazı miktarından yaklaşık dört kat fazladır. Ayrıca Pt yüklü EPPG elektrot ile elde edilen H 2 gazı miktarı da Ni yüklü EPPG ile elde edilenden gözle görülür ölçüde daha fazladır Sonuç olarak, Ni yüklü EPPG ve Pt yüklü EPPG nin katot olarak kullanıldığı deneylerden elde edilen H 2 gazı miktarları göz önünde bulundurulduğunda 0,7V uygulama potansiyelinde Pt yüklü EPPG elektrotun kullanıldığı mikrobiyal elektroliz koşulları optimum koşullar olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda yapılan 24 saatlik bir mikrobiyal elektroliz uygulamasında elde edilen hidrojen verimi (n H2 /n glukoz ) 2,44 olarak hesaplanmıştır. Kaynaklar CALL, D., LOGAN, B.E., 2008. Hydrogen production in a single chamber microbial electrolysis cell (MEC) lacking a membrane. Environmental Science & Technology, 42, 3401-3406 CHENG, S., LOGAN, B.E., 2007. Ammonia treatment of carbon cloth anodes to enhance power generation of microbial fuel cells. Electrochemistry Communications,9, 492-496. CHENG, S., LOGAN, B.E., 2007. Sustainable and efficient biohydrogen production via electrohydogenesis. Proceedings of the Nation Academy of Sciences, 104, 18871-18873. HALLENBECK, P.C., BENEMANN, J.R., 2002. Biological hydrogen production; fundamentals and limiting processes. International Journal of Hydrogen Energy, 27, 1185-1193. HAWKES, F.R., HUSSY, I., DINSDALE, R., HAWKES, D.L., HUSSY, I., 2002. Sustainable fermentative hydrogen production: challenges for process optimization. International Journal of Hydrogen Energy, 27, 1339-1347 KIM, H.J., PARK, H.S., HYUN, M.S., CHANG, I.S., KIM, M., KIM, B.H., 2002. A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium, Shewanella putrefaciens. Enzyme and Microbial Technology, 30, 145-152. LIU, H., GROT, S.,, S.A., LOGAN, B.E., 2005. Electrochemically assisted microbial production of hydrogen from acetate. Environmental Science & Technology - 8 -
LOGAN, B.E., CALL, D., CHENG, S., HAMELERS, H.V.M., SLEUTELS, T.H.J.A., JEREMIASSE, A.W., AND ROZEDAL, R.A., 2008. Microbial electrolysis cells for high yield hydrogen gas production from organic matter. Environmental Science & Technology, 42, 23, 8630-8640. LOGAN, B.E., HAMELERS, B., ROZENDAL, R., SCRÖDER, U., KELLER, J., FREGUIS, S., AELTERMAN, P., VERSTRAETE, W., RABAEY, K., 2006. Microbial fuel cells: methodology and technology. Environmental Science & Technology, 40, 5181-5192. MESHULAM-SIMON, G., BEHRENS, S., CHOO, A.D., AND SPORMANN, A.M., 2007. Hydrogen metabolism in Shewanella oneidensis MR-1. Applied an Environmental Microbiology, 73, 1153-1165. ROZENDAL, R.A., HAMELERS, H.V.M., AND BUISMAN, C.J.N., 2006. Effects of membrane cation transport on ph and microbial fuel cell performance. Environmental Science and Technology, 40, 17, 5206-5211. ROZENDAL, R.A., BUISMAN, C.J.N., 2005. Process of producing hydrogen. Patent WO2005005981 SOLMAZ, R., GÜNDOĞDU, A., DÖNER, A., KARDAŞ, G., 2012. The Ni-deposited carbon felt as substrate for preparation of Pt-modified electrocatalysts: Application for alkaline water electrolysis - 9 -