RU215972U1 - Биоотопливный элемент с модифицированным графитовым электродом на основе токопроводящей матрицы и мембранных фракций бактерий gluconobacter oxydans - Google Patents
Биоотопливный элемент с модифицированным графитовым электродом на основе токопроводящей матрицы и мембранных фракций бактерий gluconobacter oxydans Download PDFInfo
- Publication number
- RU215972U1 RU215972U1 RU2022127104U RU2022127104U RU215972U1 RU 215972 U1 RU215972 U1 RU 215972U1 RU 2022127104 U RU2022127104 U RU 2022127104U RU 2022127104 U RU2022127104 U RU 2022127104U RU 215972 U1 RU215972 U1 RU 215972U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphite electrode
- gluconobacter oxydans
- bacteria
- biofuel cell
- membrane fractions
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 241000589232 Gluconobacter oxydans Species 0.000 title claims abstract description 12
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 102000007698 Alcohol dehydrogenase Human genes 0.000 description 2
- 108010021809 Alcohol dehydrogenase Proteins 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101710144791 Alcohol dehydrogenase (quinone), dehydrogenase subunit Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241000145710 Gluconobacter sp. Species 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 101710096722 Quinohemoprotein alcohol dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к биотопливному элементу, который может быть использован для создания маломощных необслуживаемых источников постоянного тока для светодиодного освещения, различных датчиков и сенсоров. Улучшение генерируемого потенциала и мощности биотопливного элемента является техническим результатом, который достигается за счет того, что биотопливный элемент содержит модифицированный графитовый электрод на основе токопроводящей матрицы из геля хитозана, сшитого бифункциональным агентом глутаровым альдегидом, и мембранных фракций бактерий Gluconobacter oxydans ВКМ В-1280, причем мембранная фракция бактерий Gluconobacter oxydans закреплена на поверхности графитового электрода с помощью геля хитозана в композиции с многостенными карбоксилированными углеродными нанотрубками. 1 ил.
Description
Данная разработка вызывает интерес из-за глобальных проблем истощением на Земле полезных ископаемых, которые используются для нужд энергетики. Биотопливный элемент может быть использован для создания маломощных необслуживаемых источников постоянного тока, которые могут применяться для светодиодного освещения, различных датчиков и сенсоров и т.д.
Аналогом прототипа является электрохимическая ячейка, использующая в качестве рабочего электрода графитовый стержень с иммобилизованной PQQ-зависимой алкогольдегидрогеназой штамма Gluconobacter sp.33 [Ramanavicius Α., Kausaite Α., Ramanaviciene Α. Potentiometric study of quinohemoprotein alcohol dehydrogenase immobilized on the carbon rod electrode // Sensors and Actuators B: Chemical. 2006. V. 113. №1. P. 435-444]. Недостатком вышеуказанного аналога является применение индивидуального фермента алкогольдегидрогеназы, что влечет необходимость дорогостоящего выделения и очистки этого фермента, а также значительное сужение спектра окисляемых субстратов.
Наиболее близким по признакам, что было принято за прототип, является электрод, представленный в патенте РФ на полезную модель [Китова А.Е., Решетилов А.Н., Колесов В.В. Биотопливный элемент на основе терморасширенного графита и мембранных фракций Gluconobacter oxydans II Патент РФ на полезную модель №146588. Зарегистрировано 12.05.2014]. Устройство состоит из измерительной ячейки содержащая одну кювету, в которую помещены рабочий электрод на основе прессованного терморасширенного графита и мембранных фракций штамма бактерий G. oxydans ВКМ В-1280, иммобилизованных в гель хитозана, электрод сравнения (Ag/AgCl), платиновый электрод, окисляемый субстрат. Для усиления сигнала в кювету добавлен медиатор электронного транспорта.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является улучшение энергетических характеристик биотопливного элемента, а именно генерируемого потенциала и мощности рассматриваемого устройства.
Биотопливный элемент содержит модифицированный графитовый электрод на основе токопроводящей матрицы из геля хитозана, сшитого бифункциональным агентом глутаровым альдегидом, и мембранных фракций бактерий Gluconobacter oxydans ВКМ В-1280, причем мембранная фракция бактерий Gluconobacter oxydans закреплена на поверхности графитового электрода с помощью геля хитозана в композиции с многостенными карбоксилированными углеродными нанотрубками.
На фигуре изображен биотопливный элемент, который содержит графитовый электрод 1, на который нанесена мембранная фракция бактерий Gluconobacter oxydans 2, на которой закреплена токопроводящая матрица на основе хитозана 3 с углеродными нанотрубками 4.
Для формирования модифицированного графитового электрода наносили 60 мкл мембранных фракций бактерий G. oxydans, высота нанесения 1 см, помещали в холодильник на 20 минут до высыхания. В это время готовили матрицу, для этого растворяли 1 мг хитозана в 100 мкл 1% уксусной кислоты, перемешивали в течение 3 минут, затем добавляли углеродные нанотрубоки (Т=0,2222 мкг/мкл), диспергированных в деионизованной воде, снова перемешивали в течении 1 -2 минут. Для сшивания реагентов добавляли 15 мкл бифункционального агента глутарового альдегида, перемешивали 30 секунд и наносили на электрод, высота нанесения 1 см. Полученный модифицированный графитовый электрод ставили в холодильник на 18 часов для высыхания.
Работа биотопливного элемента при использовании модифицированного графитового электрода основана на том, что мембранная фракция бактерий G. oxydans окисляет субстрат - глюкозу, электроны с помощью экзогенного медиатора переносятся на анод, в присутствии многостенных карбоксилированных углеродных нанотрубок. В результате генерируемый потенциал в режиме разомкнутой цепи составил 343±7 мВ, максимальная мощность 50±4(*10-4) Вт при приложенном внешнем сопротивлении 10 кОм. Полученные значения сравнивали с матрицей без использования многостенных карбоксилированных углеродных нанотрубок, получали следующие энергетические характеристики: генерируемый потенциал в режиме разомкнутой цепи составил 290±12 мВ, максимальная мощность 38±7(*10-4) Вт при приложенном внешнем сопротивлении 13 кОм. В патенте принятый за прототип генерируемый потенциал в режиме разомкнутой внешней цепи составлял 120 мВ.
Таким образом, графитовый биоанод для иммобилизации биоматериала может быть использован в биотопливных элементах, представляющих устройства для производства малой энергетики и создания стационарных источников питания с невысокими уровнями отдаваемой энергии; для выполнения научных исследований.
Claims (1)
- Биотопливный элемент содержит модифицированный графитовый электрод на основе токопроводящей матрицы из геля хитозана, сшитого бифункциональным агентом глутаровым альдегидом, и мембранных фракций бактерий Gluconobacter oxydans ВКМ В-1280, отличающийся тем, что мембранная фракция бактерий Gluconobacter oxydans закреплена на поверхности графитового электрода с помощью геля хитозана в композиции с многостенными карбоксилированными углеродными нанотрубками.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU215972U1 true RU215972U1 (ru) | 2023-01-11 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222825U1 (ru) * | 2023-10-03 | 2024-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Биотопливный элемент |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009207372A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Aisin Seiki Co Ltd | 糖類の脱水素酵素及びその利用方法 |
| RU109758U1 (ru) * | 2011-04-20 | 2011-10-27 | Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук | Микробный биотопливный элемент на основе штамма gluconobacter cerinus вкм в-1283 |
| RU146588U1 (ru) * | 2014-05-12 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук | Биотопливный элемент на основе терморасширенного графита и мембранных фракций gluconobacter oxydans |
| RU153691U1 (ru) * | 2014-12-25 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ИГУ") | Микробный биотопливный элемент |
| RU2599421C1 (ru) * | 2016-02-25 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук | Способ получения электрической энергии с помощью микробного биотопливного элемента, имплантированного в организм живой травяной лягушки rana temporaria |
| RU2657289C1 (ru) * | 2017-06-20 | 2018-06-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Биотопливный элемент |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009207372A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Aisin Seiki Co Ltd | 糖類の脱水素酵素及びその利用方法 |
| RU109758U1 (ru) * | 2011-04-20 | 2011-10-27 | Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук | Микробный биотопливный элемент на основе штамма gluconobacter cerinus вкм в-1283 |
| RU146588U1 (ru) * | 2014-05-12 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук | Биотопливный элемент на основе терморасширенного графита и мембранных фракций gluconobacter oxydans |
| RU153691U1 (ru) * | 2014-12-25 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ИГУ") | Микробный биотопливный элемент |
| RU2599421C1 (ru) * | 2016-02-25 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук | Способ получения электрической энергии с помощью микробного биотопливного элемента, имплантированного в организм живой травяной лягушки rana temporaria |
| RU2657289C1 (ru) * | 2017-06-20 | 2018-06-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Биотопливный элемент |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222825U1 (ru) * | 2023-10-03 | 2024-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Биотопливный элемент |
| RU223459U1 (ru) * | 2023-10-03 | 2024-02-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Биоанод биотопливного элемента |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sund et al. | Effect of electron mediators on current generation and fermentation in a microbial fuel cell | |
| Friman et al. | Current production in a microbial fuel cell using a pure culture of C upriavidus basilensis growing in acetate or phenol as a carbon source | |
| Shoji et al. | Insect biofuel cells using trehalose included in insect hemolymph leading to an insect-mountable biofuel cell | |
| Xia et al. | Direct energy conversion from xylose using xylose dehydrogenase surface displayed bacteria based enzymatic biofuel cell | |
| Liu et al. | Effect of temperature on the catalytic ability of electrochemically active biofilm as anode catalyst in microbial fuel cells | |
| Shen et al. | Supercapacitor/biofuel cell hybrid device employing biomolecules for energy conversion and charge storage | |
| Li et al. | A miniature glucose/O2 biofuel cell with a high tolerance against ascorbic acid | |
| CN105261761B (zh) | 一种基于石墨烯的生物燃料电池酶修饰阳极及制备与应用 | |
| Khater et al. | Development of bioelectrochemical system for monitoring the biodegradation performance of activated sludge | |
| Cosnier et al. | An easy compartment-less biofuel cell construction based on the physical co-inclusion of enzyme and mediator redox within pressed graphite discs | |
| Bhuvaneswari et al. | Metamorphosis of pathogen to electrigen at the electrode/electrolyte interface: direct electron transfer of Staphylococcus aureus leading to superior electrocatalytic activity | |
| Mahmoud et al. | Waste to energy conversion utilizing nanostructured Algal‐based microbial fuel cells | |
| Yoganathan et al. | Electrogenicity assessment of Bacillus subtilis and Bacillus megaterium using Microbial Fuel Cell technology | |
| RU215972U1 (ru) | Биоотопливный элемент с модифицированным графитовым электродом на основе токопроводящей матрицы и мембранных фракций бактерий gluconobacter oxydans | |
| CN113504280A (zh) | 一种实时原位检测污水中亚硝酸盐的生物电化学方法 | |
| Vishnevskaya et al. | Membraneless microbial biofuel cell for municipal waste water treatment | |
| RU108217U1 (ru) | Микробный биотопливный элемент на основе штамма cluconobacter oxydans вкм в-1227 | |
| Rahimnejad et al. | Effective parameters on performance of microbial fuel cell | |
| RU223459U1 (ru) | Биоанод биотопливного элемента | |
| RU167241U1 (ru) | Графитовый печатный электрод | |
| Juliastuti et al. | The utilization of Eschericia coli and Shewanella oneidensis for microbial fuel cell | |
| Chonde Sonal et al. | Bioelectricity production from wastewater using microbial fuel cell (MFC) | |
| RU222825U1 (ru) | Биотопливный элемент | |
| Vishnevskaya et al. | On the stable operation of a membraneless microbial fuel cell for more than one hundred days | |
| RU2843254C1 (ru) | Способ изготовления микробного топливного элемента с биоанодом на основе ферментных каскадов бактерий Gluconobacter oxydans |