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https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1350
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Desenvolvimento de biocélulas a combustível microbianas: uso didático, novo biocatalisador e novo modelo de arquitetura |
Autor: | SILVEIRA, Gustavo |
Primeiro orientador: | SILVA, José Maurício Schneedorf Ferreira da |
Primeiro coorientador: | IKEGAKI, Masaharu |
Primeiro membro da banca: | LUCHO, Alzira Maria Serpa |
Segundo membro da banca: | HORNINK, Gabriel Gerber |
Terceiro membro da banca: | AQUINO NETO, Sidney de |
Quarto membro da banca: | BAETA, Bruno Eduardo Lobo |
Resumo: | A proposta central desse trabalho foi a construção e caracterização de biocélulas a combustível microbianas (MFC) empregando materiais de baixo custo, novo biocatalisador e novo modelo de arquitetura de uma câmara. Foram desenvolvidos três sistemas distintos, alterando-se o biocatalisador anódico (Saccharomyces cerevisiae ou microbiota de kefir), a arquitetura (uma ou duas câmaras) e o tipo de aceptor de elétrons no cátodo (ferricianeto de potássio ou o composto de coordenação azul da prússia). Todas as MFCs usaram azul de metileno como mediador e foram testadas/caracterizadas por meio de curvas de potência e polarização. Na primeira parte do trabalho foi feita uma abordagem do uso didático de MFCs com o uso da levedura Saccharomyces cerevisiae e arquitetura de duas câmaras, e propostos experimentos para avaliar o efeito da presença/ausência de mediador, diferentes substratos, inibidores, viabilidade celular e oxigênio sobre a resposta da MFC. Na segunda parte foi empregada a mesma arquitetura para a avaliação do consórcio microbiano kefir como biocatalisador anódico. A fermentação foi monitorada em intervalos de 24h até o tempo de 72h com as técnicas de voltametria linear (para construção das curvas de potência e polarização), voltametria cíclica, interrupção de corrente, espectrofotometria, contagem total de micro-organismos, e medidas dos parâmetros físico-químicos de pH, acidez total titulável, viscosidade e consumo de carboidratos. A última parte do trabalho foi voltada para a arquitetura e o cátodo, na qual foi desenvolvida uma MFC de uma câmara utilizando conexões hidráulicas e um filme de azul da prússia eletrodepositado sobre malha de carbono como aceptor de elétrons. Imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva confirmaram a formação do filme eletroativo. Foi demonstrada a possibilidade de obtenção de energia elétrica a partir de resíduo de cervejaria empregando-se esse terceiro dispositivo. A potência gerada foi usada como parâmetro comum de comparação do desempenho de cada um dos sistemas, obtendo-se os valores máximos de, 41 mWm-2 (duas câmaras, S. cerevisiae), 54 mW m-2 (duas câmaras, cultura de kefir), 136 mW m-2 (uma câmara, S. cerevisiae) e 68 mW m-2 (uma câmara, resíduo de cervejaria). |
Abstract: | The central proposal of this work was the construction and characterization of Microbial Fuel Cells (MFC) using low cost materials, new biocatalyst and new model of single chamber architecture. Three different systems were developed by altering the anodic biocatalyst (Saccharomyces cerevisiae or kefir microbiota), the architecture (one or two chambers) and the type of electron acceptor at the cathode (potassium ferricyanide or the prussian blue coordination compound). All MFCs used methylene blue as a mediator and were tested / characterized by means of power and polarization curves. In the first part of the work an approach was taken on the didactic use of MFCs with the use of Saccharomyces cerevisiae and two chamber architecture, and proposed experiments to evaluate the effect of presence / absence of mediator, different substrates, inhibitors, cell viability and oxygen over the MFC response. In the second part, the same architecture was used for the evaluation of the microbial consortium kefir as an anodic biocatalyst. The fermentation was monitored at intervals of 24h to 72h with the techniques of linear voltammetry (for the construction of power and polarization curves), cyclic voltammetry, current interruption, spectrophotometry, total microorganism counts, and measurements of the parameters physical-chemical pH, titratable total acidity, viscosity and carbohydrate consumption. The last part of the work was focused on the architecture and the cathode, in which a one chamber MFC was developed using hydraulic connections and a prussian blue film electrodeposited on carbon cloth as an electron acceptor. Images obtained by scanning electron microscopy and dispersive energy spectroscopy confirmed the formation of the electroactive film. It was demonstrated the possibility of obtaining electric energy from the brewery residue using this third device. The power generated was used as a common parameter to compare the performance of each of the systems, obtaining maximum values of 41 mW m-2 (two chambers, S. cerevisiae), 54 mW m-2 (two chambers, kefir culture), 136 mW m-2 (one chamber, S. cerevisiae) and 68 mW m-2 (one chamber, brewery residue). |
Palavras-chave: | Células à combustível Energia não Convencional Educação -- Química Metabolismo Saccharomyces cerevisiae Reação do Azul da Prússia Corrosão – Tecnica |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal de Alfenas |
Sigla da instituição: | UNIFAL-MG |
Departamento: | Instituto de Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Citação: | SILVEIRA, Gustavo. Desenvolvimento de biocélulas a combustível microbianas: uso didático, novo biocatalisador e novo modelo de arquitetura. 2018. 145 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Alfenas, Alfenas, MG, 2018. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1350 |
Data de defesa: | 27-Fev-2018 |
Aparece nas coleções: | Doutorado |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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