ití kombinace uhlíkových enzymatických elektrod biopalivových článk

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "ití kombinace uhlíkových enzymatických elektrod biopalivových článk"

Adéla Matoušková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Vyu it ití kombinace uhlíkových nanomateriál p i p ípravě enzymatických elektrod biopalivových článk Ing. Jaroslav Filip Ing. Peter Gemeiner, DrSc. Ing. Ján Tkáč, PhD.

2 BIOPALIVOVÝ ČLÁNEK Biologicky (enzymy, mikroorganismy) katalyzovaná p eměna části chemické energie paliva na elekt inu Vyu ití biokatalyzátor znamená výhody: - obnovitelné zdroje - vysoká selektivita enzym - normální provozní podmínky - biokompatibilita a nevýhody: - problémy se stabilitou - ni ší proudová hustota Základní krok konstrukce: - stabilní a efektivní imobilizace biokatalyzátor - vyu ití nanomateriál

enzym - normální provozní podmínky - biokompatibilita a nevýhody: - problémy se stabilitou - ni ší

4 Ketjen Black (KB) - komerčně dostupné saze - efektivně sorbují bilirubin oxidázu i jiné enzymy - pou ívány v polymerní matrici z polyvinylidenfluoridu, pop. PTFE Uhlíkov kové nanotrubičky (CNT) - vytvá í vodivé polymerní disperze/zvyšují vodivost kompozit CÍLE PRÁCE 1) Nahradit drahé PVDF a PTFE levným biopolymerem chitosanem 2) Dosáhnout v chitosanové disperzi synergického účinku KB a CNT 3) Ově it vhodnost takto p ipraveného rozhraní pro konstrukci biokatody i bioanody

PTFE Uhlíkov kové nanotrubičky (CNT) - vytvá í vodivé polymerní disperze/zvyšují vodivost kompozit CÍLE PRÁCE 1)

5 P ÍPRAVA PRAVA ELEKTROD SLOVENSKÁ AKADEMIE KONSTRUKČNÍ A ANALYTICKÉ METODY 1) KB rozet ena v t ecí misce spolu s chitosanem (0,1% roztok v 0,3% kyselině octové) 2) p idána disperze CNT v tomto polymeru (p ipravena sonikací CNT a chitosanu) 3) Směs (KB/CNT-CHI) nanesena na GCE elektrodu, nechána zaschnout. 4) Modifikované elektrody inkubovány s roztokem FDH (bioanoda) nebo BOD (biokatoda) Elektrochemické vlastnosti nanorozhraní a bioelektrod zjiš ovány pomocí CYKLICKÉ VOLTAMPEROMETRIE (CV) Proudová odezva p ítomných látek p i cyklicky se měnícím potenciálu Potenciostat/galvanostat AUTOLAB PGSTAT 128N

6 EXPERIMENTÁLNÍ SEKCE KB/CNT-CHI rozhraní 1) Vliv p ítomnosti CNT v KB-CHI disperzi Pozorován nár st kapacitního proudu (E C ) u elektrody GCE KB/CNT-CHI oproti elektrody bez CNT zlepšení elektrochemických vlastností rozhraní díky CNT. E C E C j REL (%) 2) Vliv koncentrace KB a CNT na imobilizaci BOD CNT: A 0,33 mg.ml -1 B 0,67 mg.ml -1 C 1 mg. ml -1 p i obsahu KB 4,3 mg.ml -1 KB: A 2,2 mg.ml -1 B 4,3 mg.ml -1 C 8,2 mg.ml -1 p i obsahu CNT 0,67 mg.ml -1 Maximální proudová odezva zjištěna pro BOD imobilizovanou na rozhraní tvo ené disperzí s 0,67 mg.ml -1 CNT a 4,3 mg.ml -1 KB. V této směsi optimálně propojené částice KB vodivými CNT Optimalizace slo en ení KB/CNT-CHI CHI disperze

ml -1 C 1 mg. ml -1 p i obsahu KB 4,3 mg.ml -1 KB: A 2,2 mg.ml -1 B 4,3 mg.ml -1 C 8,2 mg.ml -1 p i obsahu CNT 0,67 mg.

7 CV CHARAKTERISTIKA OPTIMALIZOVANÝCH ELEKTROD Bioanoda Biokatoda proudová odezva 90 mv 560 mv CV GCE KB/CNT-CHI FDH v 0,1M acetátovém pufru, ph 6 (černá k ivka) a s p ídavkem 0,2M fruktózy (červená k ivka) CV GCE KB/CNT-CHI BOD v 0,1M acetátovém pufru, ph 6, deaerovaném (černá k ivka) a aerovaném (červená k ivka) Počátek oxidace fruktózy p i -90 mv Proudová hustota 451 μa.cm -2 Počátek redukce kyslíku p i 560 mv Proudová hustota 272 μa.cm -2

KB/CNT-CHI BOD v 0,1M acetátovém pufru, ph 6, deaerovaném (černá k ivka) a aerovaném (červená k ivka) Počátek

VÝSLEDKY CHARAKTERISTIKA BIOPALIVOVÉHO ČLÁNKU Fruktóza-kyslíkový BFC sestrojen z optimalizované a ocharakterizované bioanody a biokatody GCE KBCNT-CHI FDH (bioanoda) Aerace Maximální výkon 50,1µW/cm

8 VÝSLEDKY CHARAKTERISTIKA BIOPALIVOVÉHO ČLÁNKU Fruktóza-kyslíkový BFC sestrojen z optimalizované a ocharakterizované bioanody a biokatody GCE KBCNT-CHI FDH (bioanoda) Aerace Maximální výkon 50,1µW/cm -2 GCE KB/CNT-CHI BOD (biokatoda) E (V) I (µa) j (µa/cm -2 ) p (µw/cm -2 ) 0,5 4,2 59, ,7030 0,4 8,3 117, ,9590 0,3 11,8 166, ,0707 0,2 14,9 210, ,1499 0,1 17,5 247, ,7525 0,05 18,7 264, ,2249 0,025 19,2 271,5700 6,7893 0,01 19,4 274,3989 2,7440 Tab. 1: Hodnoty výkonu a proudových hustot BFC p i r zných potenciálech Nejvyšší výkon zjištěn p i hodnotě potenciálu 300 mv. Hodnota potenciálu bez protékajícího proudu (tzv. OCP hodnota) 655 mv. Charakteristika sestrojeného BFC: p výkon; j proudová hustota Mě eno v 0,1M acetátovém pufru, ph 6, obsahujícím 200mM fruktózu a aerovaném vzduchem.

24,7525 0,05 18,7 264,4979 13,2249 0,025 19,2 271,5700 6,7893 0,01 19,4 274,3989 2,7440 Tab.

9 DISKUZE, ZÁVĚR P ipraveno nanostrukturované rozhraní v něm jsou sférické částice Ketjen Black vodivě propojeny uhlíkovými nanotrubičkami. Oba druhy nanočástic jsou dispergovány v chitosanu (levný, dostupný biopolymer). P ipravené rozhraní je vhodné pro imobilizaci fruktóza dehydrogenázy i bilirubin oxidázy, pro p ípravu bioanody i biokatody. Optimalizované rozhraní pou ito na sestrojení fruktóza/kyslíkového biopalivového článku s potenciálem OCP = 560 mv, maximálním výkonem p = 50,1µW.cm -2 p i aplikovaném potenciálu 300 mv. KB/CNT-CHI rozhraní pou itelné i pro p ípravu velkoplošných elektrod efektivních biopalivových článk Tato publikace byla vytvo ená realizací projektu "CEntrum pre Materiály, vrstvy a systémy pre Aplikácie a CHemIcké procesy v extrémnych podmienkach" na základe podpory operačního programu Výzkum a vývoj financovaného z Evropskeho fondu regionálního rozvoje a blokovým grantem financovaným finančním mechanismem EHP, č. SAV-FM-EHP

P ipravené rozhraní je vhodné pro imobilizaci fruktóza dehydrogenázy i bilirubin oxidázy, pro p ípravu bioanody i biokatody.

Podobné dokumenty

Číslo projektu Číslo a název šablony klíčové aktivity Tematická oblast Autor Ročník 3 Obor CZ.1.07/1.5.00/34.0514 III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Metody instrumentální analýzy, vy_32_inovace_ma_11_15