Pengurangan bio-kotoran dan peningkatan prestasi sel fuel mikrob katod udara seramik menggunakan nanopartikel perak

Abstract

Sel fuel mikrob (MFC) dikenali sebagai sel bahan api yang mampu mengubah tenaga kimia kepada tenaga elektrik dengan kehadiran tindak balas pengoksidaan dan penurunan. Pengoksidaan berlaku dalam petak anod yang terdapat mikroorganisma sebagai biomangkin manakala penurunan dalam petak katod. Kedua-dua petak dipisahkan oleh membran untuk mengelakkan persilangan substrat dan oksigen daripada berlaku. Semasa pengoperasian jangka panjang melebihi enam bulan, MFC mengalami pembentukan bio-kotoran pada permukaan membran. Fenomena bio-kotoran menjadi penghalang sistem dari pengkomersilan. Bio-kotoran terjadi apabila mikroorganisma, alga, atau kulat menempel di atas permukaan yang basah dan lembap. Bio-kotoran dikehendaki untuk tumbuh pada permukaan elektrod anod, akan tetapi tidak pada permukaan membran. Tujuan utama kajian tesis ini adalah untuk menghasilkan MFC yang mampu beroperasi dalam jangka panjang tanpa kemerosotan prestasi yang drastik melalui pengurangan bio-kotoran. Bagi mencapai keperluan-keperluan objektif kajian ini, reaktor MFC dari bahan seramik telah dihasilkan daripada kaolin. Kaedah penekanan isostatik sejuk telah digunakan untuk memampatkan serbuk kaolin dalam acuan silinder. Kesan beberapa suhu sinteran, iaitu 1000 ºC , 1100 ºC dan 1200 ºC telah dikaji untuk mendapatkan reaktor yang sesuai. Suhu sinteran 1100 ºC didapati mampu menghasilkan membran seramik dengan ciri-ciri yang sesuai sebagai reaktor MFC- rintangan dalaman 2.160 ± 0.810 Ω, keliangan 4%. Untuk mengelakkan pembentukkan biofilem pada permukaan membran. Permukaan membran seramik seterusnya dimodifikasi dengan 10 mL nanopartikel perak (AgNP). Permukaan membran yang dimodifikasi dikeringkan pada suhu 25 ºC di bawah sinaran ultraungu. Ujian perbandingan kesan prestasi MFC telah dilakukan antara reaktor dimodifikasi membran dan reaktor tanpa modifikasi membran (kawalan). Kajian perbandingan ini dijalankan secara berterusan selama enam bulan, kuasa yang diperolehi adalah 0.005 ± 0.001 mW/m2 bagi reaktor MFC dimodifikasi dan 0.001 ± 0.004 mW/m2 bagi reaktor MFC kawalan. Manakala nilai pengurangan permintaan oksigen kimia (COD) bagi reaktor dimodifikasi adalah 78% dan reaktor kawalan adalah 72%. Kajian perbandingan turut dijalankan untuk melihat keupayaan sistem ini dalam memproses efluen kilang kelapa sawit (POME). Hasil perbandingan yang diperolehi menunjukkan pembentukan bio-kotoran pada reaktor dimodifikasi adalah 11%, dan pembentukan bio-kotoran pada reaktor kawalan adalah 89%. Secara kesimpulannya, membran dimodifikasi mampu mengurangkan bio-kotoran berbanding dengan membran kawalan.