Біотехнологічне отримання водню в біопаливному елементі з фотоелектрохімічним катодом

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorЗубченко, Людмила Сергіївна
dc.date.accessioned2019-02-12T16:25:31Z
dc.date.available2019-02-12T16:25:31Z
dc.date.issued2019
dc.description.abstractenThe thesis is devoted to the development of the biotechnological process of hydrogen production in a biofuel cells with a semiconductor photocathode. The biofilm formation technique of exoelectrogenic microorganisms has been improved in order to simplify the process of isolating the electrochemically active association of exoelectrogenic microorganisms. Crystalline silicon was selected for the photoelectrochemical component based on the ratio analysis of the energy levels values and oxidation-reduction potentials of the reactions, occurring in the bioelectrochemical system. The minimum photoelectrochemical cell photovoltage was 0,4 V. The productivity of the hydrogen release in the photobioelectrochemical fuel cell functioning on the model wastewater of the dairy industry was investigated. The rational values of the COD for using the photobioelectrochemical fuel cell as a stage of the wastewater treatment technology were evaluated to be 2000 – 900 mgO2/dm3. The hydrogen yield in these conditions reached 0.01±5,3·10–4gH2/gCOD. Нowever, when the COD was 3000 mgO2/dm3, hydrogen yield decreased by 45% compared to 2000 mgO2/dm3 COD value. On the basis of the data obtained from the experiments, the technological scheme for the hydrogen production during dairy industry wastewater treatment was developed.uk
dc.description.abstractruДиссертация посвящена разработке биотехнологического процесса получения водорода в биотопливном элементе с полупроводниковым фотокатодом. Усовершенствована методика формирования биопленки экзоэлектрогенных микроорганизмов с целью упрощения процесса выделения электрохимически активной ассоциации екзоелектрогенних микроорганизмов. Для исследования эффективности продуцирования водорода в фотобиоэлектрохимическом топливном элементе сформирована биопленка экзоэлектрогенных микроорганизмов, обладающая специфической способностью утилизировать сточные воды молокозаводов. Показано, что окислительно-восстановительние реакции в фотобиоэлектрохимической системе притекают исключительно в присутствии экзоэлектрогенных микроорганизмов. Обоснован выбор кристаллического кремния в качестве материала для изготовления фотоэлектрохимической составляющей для фотобиоэлектрохимической системы. Структура энергетических уровней кристаллического кремния, идеально соотносится с окислительно-восстановительными процессами, протекающими в биоэлектрохимической системе. На основании термодинамических расчетов показано, что получение водорода при использовании модельной сточной воды предприятия молочной промышленности необходим искусственно понижать окислительно-восстановительный потенциал катода. Минимальное теоретическое напряжение в системе, необходимое для получения водорода, составляет 0,077 ÷ 0,35 В. Показано возможность получения водорода в фотобиоэлектрохимическом топливном элементе при использовании фотокатода, способного генерировать минимальное фотонапряжение 0,4 В. Для фотобиоэлектрохимического топливного элемента, работающего с использованием ацетата натрия как единственного источника углерода и энергии, определено эффективность работы. Кулоновская эффективность находится в пределах 40 ÷ 45%, эффективность катодного восстановления водорода 22 ÷ 23 %, общая эффективность – около 10%. Данные исследований свидетельствуют, что удельная производительность системы по водороду колеблется в пределах 0,33 ± 0,005 дм3/(дм3·сутки) в зависимости от значения ХПК исследуемой модельной сточной воды. Установлено рациональные значения показателя ХПК, при которых целесообразно использовать фотобиоэлектрохимический топливный элемент как стадию очистки сточных вод. Наиболее эффективное удаление ХПК и наибольший выход водорода наблюдается в диапазоне значений ХПК 2000 – 900 мгО2/дм3. Выход водорода при таких условиях составляет 0,01±5,3·10–4 гН2/г ХПК. Для модельной сточной води с ХПК 3000 мгО2/дм3 выход водорода, по отношению к снижению значения ХПК, значительно ниже и составляет 45% от выхода наблюдаемого при ХПК = 2000 мгО2/дм3. На основании экспериментальных исследований процесса получения водорода при очистке модельной сточной воды молокозавода разработана технологическая схема получения водорода. Определены основные технико-экономические показатели технологии получения водорода при очистке сточных вод. Себестоимость водорода, полученного при использовании фотобиоэлектрохимического топливного элемента как этапа очистки сточных вод, на 15% чем при его получении с использованием других возобновляемых источников энергии.uk
dc.description.abstractukДисертація присвячена розробці біотехнологічного процесу отримання водню в біопаливному елементі з фотоелектрохімічним катодом з кристалічного кремнію. Удосконалено методику формування біоплівки задля скорочення тривалості та спрощення процесу виділення електрохімічно активної асоціації екзоелектрогенних мікроорганізмів. Показано ефективне виділення водню при мінімальному значенні напруги фотоелемента 0,4 В. Досліджено продуктивність виділення водню в фотобіоелектрохімічному паливному елементі та встановлено, що раціональні значення ХСК стічної води молокозаводу за яких доцільно використовувати фотобіоелектрохімічний паливний елемент як стадію очищення даних стічних вод спостерігається в діапазоні значень ХСК 2000 – 900 мгО2/дм3. Вихід водню за таких умов становить 0,01±5,3·10–4 г Н2/г ХСК. На основі отриманих експериментальних даних розроблено технологічну схему отримання водню при очищенні стічної води молокозаводу. Собівартість водню, отриманого за використання стічної води, на 15% менша, ніж при використанні інших відновлювальних джерел енергії.uk
dc.format.page25 с.uk
dc.identifier.citationЗубченко, Л. С. Біотехнологічне отримання водню в біопаливному елементі з фотоелектрохімічним катодом : автореф. дис. … канд. техн. наук : 03.00.20 – біотехнологія / Зубченко Людмила Сергіївна. – Київ, 2019. – 25 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/26320
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectфотобіоелектрохімічний паливний елементuk
dc.subjectекзоелектрогениuk
dc.subjectбіотехнологічне отримання воднюuk
dc.subjectбіоплівкаuk
dc.subjectстічні водиuk
dc.subjectphotobioelectrochemical fuel celluk
dc.subjectexoelectrogensuk
dc.subjectbiotechnological hydrogen productionuk
dc.subjectbiofilmuk
dc.subjectwaste wateruk
dc.subjectфотобиоэлектрохимический топливный элементuk
dc.subjectэкзоэлектрогеныuk
dc.subjectбиотехнологическое получение водородаuk
dc.subjectбиопленка сточные водыuk
dc.subject.udc606:[620.925:621.352]+[606:628.3](043.3)uk
dc.titleБіотехнологічне отримання водню в біопаливному елементі з фотоелектрохімічним катодомuk
dc.typeThesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Zubchenko_aref.pdf
Розмір:
736.55 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.74 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (КЕБ)
Автореферати (вільний доступ)