Membran bakteria selulosa terfosforilasi dengan asid fosforik untuk aplikasi sel fuel membran pertukaran proton

Abstract

Penggunaan bahan semula jadi dalam aplikasi tenaga termaju untuk mengatasi pencemaran alam sekitar dan krisis tenaga global menjadi perhatian penyelidik pada masa kini. Bakteria Selulosa (BC) ialah sebatian semula jadi yang dihasilkan oleh bakteria Acetobacter xylinum dalam kultur statik atau goncang. BC mempunyai sifat yang sangat baik seperti sifat mekanikal, kehabluran yang tinggi, kapasiti pegangan air yang tinggi dan kebolehtelapan yang tinggi dalam pelbagai aplikasi termasuk pembungkusan makanan, produk bioperubatan, elektronik dan tenaga. Namun kekonduksian proton bakteria selulosa sangat rendah sehingga kajian perlu dijalankan untuk meningkatkan kekonduksian pada membran bakteria selulosa. Oleh itu, objektif kajian ini adalah (1) untuk mengkaji kesan fosforilasi pada membran NdC terfosforilasi menggunakan asid fosforik terhadap sifat fizikokimia, (2) untuk menilai kesan fosforilasi membran NdC terfosforilasi terhadap sifat elektrokimia dan (3) untuk menilai prestasi sel tunggal membran NdC terfosforilasi untuk diaplikasikan sebagai membran elektrolit polimer. Kajian ini memfokuskan kepada penghasilan membran konduktif baharu yang dihasilkan daripada sisa cecair ubi kayu yang diperam dengan bantuan bakteria Acetobacter xylinum dalam kultur statik. Rawatan kimia menggunakan asid fosforik (H3PO4) dengan kepekatan yang berbeza (10 – 60 mmol) serta kaedah bantuan menggunakan gelombang mikro telah dijalankan. Pencirian menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR) dan pembelauan sinar-X (XRD) telah mengesahkan kejayaan proses fosforilasi tersebut, manakala analisis termogravimetrik (TGA) telah menunjukan fosforilasi NdC dengan H3PO4 berjaya meningkatkan sifat terma membran. Kesan kepekatan H3PO4 yang berbeza terhadap sifat fizikal membran telah dikaji yang mana membran NdC terfosforilasi dengan H3PO4 menunjukkan perubahan sifat fizikal yng ketara seperti ditunjukkan dalam analisis pengimbas mikroskop elektron (SEM), XRD, ujian mekanikal dinamik (DMA), ujian pembengkakan dan pengukuran sudut sentuhan. Membran NdC terfosforilasi dengan 20 mmol (NdC20) H3PO4 berjaya diubah suai dan mencapai kekonduksian proton dengan ketara (konduksi maksimum sehingga 7.9 x 10-2 S cm−1 pada 80 ºC). Di samping itu, MEA telah difabrikasi menggunakan membran NdC20 dengan 60 bt% Pt/C dengan muatan 0.5 mg cm−2 untuk anod dan katod. Keputusan menunjukkan bahawa ketumpatan kuasa yang tertinggi adalah 25 mW cm-2 yang diperoleh pada suhu operasi 40 ˚C untuk ujian prestasi sel tunggal. Secara kesimpulan, membran ini berpotensi untuk digunakan sebagai membran pertukaran proton kerana sifat terma dan kekondusian proton yang baik, mesra alam dan murah untuk aplikasi sel fuel.