JP2022046540A - 工業用バイオフィルムプロセスから収穫された底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュール - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工業用バイオフィルムプロセスから収穫された底生羽状珪藻(benthic pennate daiatom)から抽出されたフラスチュール(frustule)及び底生羽状珪藻から抽出されたそのようなフラスチュールの使用に関する。
珪藻は、淡水及び海洋環境の両方に存在する藻類の一種であり、二酸化ケイ素の含有量が高いフラスチュールを含む。フラスチュールは、種々の用途に使用することができるナノ多孔質二酸化ケイ素材料の源である。珪藻は、ケイ素のための予備だけではなく、その化石形態において、油、石炭、及びリンのための予備としても役立つ。さらに、珪藻は、我々が毎日呼吸する大量の酸素を生成する。
様々なタイプの珪藻の変種が存在し、それらは通常、サイズ及び/又は形状に加えて、水中のその生息環境によって分類される。
本発明の目的は、現在の技術水準を改善し、上記の問題を少なくとも軽減することである。この目的及び他の目的は、工業用バイオフィルムプロセスから収穫された底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュール及び底生羽状珪藻から抽出されたそのようなフラスチュールの使用によって達成される。
工業用バイオフィルムプロセスにおいて底生羽状珪藻を培養する工程であって、前記工業用バイオフィルムプロセスにおいて、前記底生羽状珪藻が、含水区画中の少なくとも1つの表面上で増殖し、前記底生羽状珪藻が、前記少なくとも1つの表面上にバイオフィルムを形成する工程と、
前記少なくとも1つの表面から前記底生羽状珪藻を収穫する工程と、
前記底生羽状珪藻に含まれる有機バイオマスから前記フラスチュールを分離することによって前記フラスチュールを抽出する工程と、
を含む。
はその中に生息していることを意味することを理解されたい。例えば、底生羽状珪藻は、石の上、底部の沈降物中、又は水で覆われた他の表面上で増殖し得る。底生羽状珪藻は、浮遊生息珪藻ではない。さらに、羽状は、特許請求された珪藻が左右対称であることを意味することを理解すべきである。
星型の形態であってもよい。
受け取ってもよい。追加的又は代替的に、栄養価の高い水は、例えば、食品産業、バイオマス関連産業、又は家庭からの廃水(waste water)から達成されてもよい。追加的又は代替的に、栄養価の高い水は、藻類の増殖に必要な窒素及びリン、並びに他の栄養素を海水又は淡水に添加することによって達成されてもよい。
な実施形態によれば、前記複合体は、太陽電池又はソーラーパネルの最上部に提供されてもよい。ここで「複合体」という用語は、複合材料、すなわち、物理的又は化学的特性が異なる2つ以上の構成材料から作製され、組み合わされたときに個々の構成要素と異なる特性を有する材料を生成する材料を指すことが理解され得る。
心珪藻のフラスチュールよりも厚い。
、例えばインクジェット印刷、3D印刷、及び/又はバイオプリンティングによって提供されてもよく、これらは、より高い表面被覆率においてさえ互いに覆わないようにフラスチュールを提供し得る。
ラスチュールは、液体培地中及び/又は乾燥生成物として提供される。
前記エネルギー吸収は、太陽電池の効率を高めるために使用される。
本発明の詳細な説明では、底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュールの実施形態及びその使用が議論される。このことは決して本発明の範囲を限定するものではなく、他の状況、例えば、添付の図面に示された実施形態よりも底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュールの他のタイプ又は変異体にも適用可能であることに留意すべきである。さらに、本発明の実施形態に関連して言及された特定の構成要素は、本発明の他の実施形態と共にこれらの構成要素を有利に使用することができないことを意味するものではない。
羽状珪藻210から抽出されたこのようなフラスチュールは、断熱のために使用される。
方法:
全ての作用電極にTEC15ガラスを使用した。全ての電極を同一の条件及び設定下でスクリーン印刷及び焼結した。
入射光子対電流効率(IPCE)測定によれば、二酸化チタンと混合された底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュールを有する色素増感太陽電池は、二酸化チタンのみを有する基準色素増感太陽電池よりも良好に機能する。二酸化チタンと混合された化石珪藻からのフラスチュールを有する太陽電池は、基準色素増感太陽電池と同様に機能する。
方法
商用太陽電池(BPソーラー0.446W多結晶光起電ソーラーパネル)を全ての試験に使用した。太陽電池の性能は、基準として「受け取ったままの状態で」測定した。安定した単層コーティングを達成するために、セル表面をプラズマ洗浄(酸素プラズマ)し、気相堆積((3-アミノプロピル)トリエトキシシラン、APTES)を介して70℃でアミノ-シラン単層で処理した。ソーラーパネルに関する全ての堆積試験は、同じバッチのNSFD粉末(バッチ3C)を用いて実行した。0.06gの焼成した粉末を秤量し、
それをmilliQ水中の30mLの1重量%のTritonX100溶液に分散させることにより、0.2重量%のNSFD分散液を調製した。これを一晩磁気撹拌下に置いた。その後、分散液を2.5krpm;(1467g)を2分間遠心分離し、上清を新鮮なmilliQ水と交換した。このプロセスを繰り返し、最終的なmilliQ分散液をDisp.Aと表示した。Disp.Aのアリコートを0.01重量%に希釈した(Disp.B)。NSFD粉末の別の分散液を濃度0.1重量%のエタノールで調製した(Disp.C)。太陽電池表面を5mLの分散液を添加することによってコーティングして、表面全体を覆い、2時間沈降させた。その後、分散液を排出し、表面を溶媒ですすいだ。太陽電池を50℃で乾燥させた。乾燥粉末のあらゆる残留パッチを圧縮されたN2流のジェットで除去した。これは、コーティングのために使用される分散液に依存する粒子密度を有する分散液の単層をもたらした。対照試料として、太陽電池をプラズマ洗浄し、APTES単層で処理し、次いで純粋な溶媒をNSFD分散液の代わりに使用し、続いてオーブン乾燥した。セル4、セル6、及びセル8の顕微鏡写真画像の画像解析から、本発明者らは、分散コーティングが7.8%の被覆率を有し、中間コーティングが31.1%の被覆率を有し、高密度コーティングが79.4%の被覆率を有することを見出した。
要約すると、最小分散コーティングでコーティングされたセルのl-Vデータは、同じ入力光パワー下で測定した場合、コーティング前の出力パワーと比較すると、コーティング後に3.7%の出力パワーの改善を示した。NSFD粒子は、表面積の約7.8%を覆っていた。より高密度のコーティングは、前後のコーティング性能を比較すると、出力パワーにおいて無視できる程度の改善を示した(中間の場合0.3%及び高密度の場合-0.7%)。ランプ放射照度である入力パワーは等しくなるように調整されていたので、出力パワーのこの差は、セルの性能効率の差に対応する。
Claims (15)
- 工業用バイオフィルムプロセスで底生羽状珪藻を培養する工程であって、前記工業用バイオフィルムプロセスにおいて前記底生羽状珪藻が含水区画中の少なくとも1つの表面上で増殖していることを特徴とし、且つ前記底生羽状珪藻が前記少なくとも1つの表面上にバイオフィルムを形成していることを特徴とする、工程と、
前記少なくとも1つの表面から前記底生羽状珪藻を収穫する工程と、
前記底生羽状珪藻に含まれる有機バイオマスから前記フラスチュールを分離することによって前記フラスチュールを抽出する工程と、
を備えている方法。 - 前記含水区画がプールであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記含水区画が、少なくとも0.01~500g/m3の窒素及び/又は少なくとも0.01~100g/cm3のリンの濃度を有する栄養価の高い水を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記方法が、前記含水区画中の水中の酸化ケイ素の濃度が0.01~100g/cm3の範囲になるように、前記含水区画中の水にケイ素化合物、例えばNa2SiO3・5H2O又はNa2SiO3・9H2Oを添加する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法が、
液体培地中及び/若しくは乾燥生成物として前記フラスチュールを提供すること、並びに/又は
エネルギー、化学的物質、及び/若しくは機械的波動を取り込むために前記フラスチュールを使用すること、
をさらに含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 - エネルギー、化学的物質、及び/又は機械的波動を取り込むために前記フラスチュールを使用する工程において、前記フラスチュールが、赤外線の範囲内、可視の範囲内、及び/又は紫外線の範囲内の波長に対応するエネルギーを取り込み、
前記エネルギーの取り込みが、太陽電池及び/又はソーラーパネルの効率を高めるために使用される、請求項5に記載の方法。 - 前記フラスチュールを提供する前記工程が、前記フラスチュールを表面に堆積させる工程をさらに含む、請求項5又は6に記載の方法。
- 前記表面が、シリコン系太陽電池及び/又はソーラーパネルの最上面であり、前記フラスチュールが、入射光が前記太陽電池及び/又はソーラーパネルの活性層に到達する前に前記フラスチュールの層を通過するように堆積される、請求項7に記載の方法。
- 前記フラスチュールを提供する前記工程が、前記フラスチュールを第2の材料と混合する工程をさらに含む、請求項5又は6に記載の方法。
- 前記第2の材料が、二酸化チタンであり、
前記方法が、色素増感太陽電池又はソーラーパネルの活性層に前記フラスチュールと二酸化チタンとの混合物を提供する工程をさらに含む、請求項9に記載の方法。 - 太陽電池及び/又はソーラーパネルにおける底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュー
ルの使用。 - 前記太陽電池及び/又はソーラーパネルが、シリコン系太陽電池及び/又はソーラーパネルである、請求項11に記載の底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュールの使用。
- 前記フラスチュールが、入射光が前記太陽電池及びソーラーパネルに到達する前に前記フラスチュールの層を通過するように、前記太陽電池及び/又は前記ソーラーパネルの最上部の層として提供される、請求項12に記載の底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュールの使用。
- 前記太陽電池又はソーラーパネルが、色素増感太陽電池又はソーラーパネルである、請求項11に記載の底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュールの使用。
- 前記フラスチュールが、二酸化チタンと混合され、前記色素増感太陽電池又はソーラーパネルの活性層の一部として提供される、請求項14に記載の底生羽状珪藻から抽出されたフラスチュールの使用。
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