Материаловеды и инженеры-биоэлектрохимики Корнельского университета, возможно, создали инновационный, конкурентоспособный по стоимости электродный материал для очистки сточных вод от загрязняющих веществ.
Исследователи создали электропряденые электроды из углеродного нановолокна и покрыли их проводящим полимером под названием PEDOT, чтобы конкурировать с электродами из углеродной ткани, доступными на рынке. Когда наносится покрытие PEDOT, электрически активный слой бактерий - Geobacterulfurereducens - естественным образом растет, создавая электричество и передавая электроны новому электроду.
Согласно исследованию, проводящие нановолокна создают благоприятную поверхность для этих бактерий, которые переваривают загрязняющие вещества из сточных вод и производят электричество.
«Сейчас производство электродов обходится дорого, и этот материал может значительно снизить цену электродов, облегчив очистку загрязненной воды», - сказал соавтор Хуан Гусман, докторант в области биологическая и экологическая инженерия. Электрод из углеродного нановолокна под микроскопом напоминает кухонную губку.
Электрод был изготовлен соавтором Мерьем Пехливанер, в настоящее время являющейся докторантом Северо-восточного университета, вместе со старшим автором Маргарет Фрей, профессором науки о волокнах и заместителем декана Колледжа экологии человека. Пехливанер изготовил углеродные нановолокна с помощью процессов электропрядения и карбонизации. После нескольких часов электропрядения появляется толстый лист нановолокна, видимый невооруженным глазом.
Пехливанер обратился к Гусману и старшему автору Ларсу Ангененту, профессору биологической и экологической инженерии, с просьбой о сотрудничестве в применении электродов из углеродного нановолокна для одновременной очистки сточных вод и производства электроэнергии.
Настраиваемый электрод из углеродного нановолокна был использован из-за его высокой пористости, площади поверхности и биосовместимости с бактериями. По словам исследователей, благодаря прилипанию PEDOT материал получает улучшенные функции.
Гузман сказал, что на очистных сооружениях этот метод пока не используется. В больших масштабах бактерии на электроде могут улавливать и разлагать загрязняющие вещества из протекающих через него сточных вод. Такая технология может улучшить очистку сточных вод, позволяя системам занимать меньше земли и увеличивать пропускную способность.
Подобные концепции происходят в кампусах, где преподаватели и студенты хотят общаться и сотрудничать, сказал Анженент. «Это определяет радикальное сотрудничество», - сказал он.«У нас есть специалисты по волокну, которые разговаривают с инженерами-экологами из двух очень разных колледжей Корнелла, чтобы воплотить в жизнь идею - которая была более или менее догадкой - которая сделает очистку сточных вод лучше и немного дешевле».