Cornell-materiaalwetenschappers en bio-elektrochemische ingenieurs hebben mogelijk een innovatief, kostenconcurrerend elektrodemateriaal voor het reinigen van verontreinigende stoffen in afvalwater.

De onderzoekers creëerden elektro-gesponnen koolstof-nanovezelelektroden en bedekten ze met een geleidend polymeer, genaamd PEDOT, om te concurreren met elektroden van koolstofdoek die op de markt verkrijgbaar zijn. Wanneer de PEDOT-coating wordt aangebracht, een elektrisch actieve laag bacteriën - Geobacter sulfurreducens - groeit van nature om elektriciteit te creëren en elektronen over te dragen naar de nieuwe elektrode.

De geleidende nanovezels creëren een gunstig oppervlak voor deze bacterie, die verontreinigende stoffen uit het afvalwater verteert en elektriciteit produceert, volgens het onderzoek.

"Elektroden zijn nu duur om te maken, en dit materiaal zou de prijs van elektroden ver kunnen doen dalen, het gemakkelijker maken om vervuild water op te ruimen, " zei co-hoofdauteur Juan Guzman, een promovendus op het gebied van biologische en milieutechniek.

Onder een microscoop, de koolstof-nanovezelelektrode lijkt op een keukenwasser. De elektrode is gemaakt door mede-hoofdauteur Meryem Pehlivaner, MEVROUW. '13, momenteel een doctoraatsstudent aan de Northeastern University, met senior auteur Margaret Frey, hoogleraar vezelwetenschap en associate dean van het College of Human Ecology. Pehlivaner vervaardigde de koolstofnanovezels via elektrospin- en carbonisatieprocessen. Na een paar uur elektrospinnen, een dikke nanovezelplaat - zichtbaar voor het blote oog - komt tevoorschijn.

Pehlivaner nam contact op met Guzman en senior auteur Lars Angenent, hoogleraar biologische en milieutechniek, voor samenwerking bij het toepassen van de koolstof-nanovezelelektroden voor gelijktijdige afvalwaterzuivering en productie van elektrische energie.

De aanpasbare koolstofnanovezelelektrode werd gebruikt vanwege zijn hoge porositeit, oppervlakte en biocompatibiliteit met de bacteriën. Door het volgen van PEDOT, het materiaal krijgt een verbeterde functie, volgens de onderzoekers.

Guzman zei dat afvalwaterzuiveringsinstallaties deze methode nog niet gebruiken. Op grote schaal, de bacteriën bij de elektrode zouden verontreinigende stoffen kunnen opvangen en afbreken uit het afvalwater dat er langs stroomt. Een dergelijke technologie kan de afvalwaterzuivering verbeteren door systemen in staat te stellen minder land in beslag te nemen en de doorvoer te vergroten.

Dit soort concepten gebeuren op campussen waar docenten en studenten willen communiceren en samenwerken, zei Angenent. "Dit definieert radicale samenwerking, " zei hij. "We hebben vezelwetenschappers die praten met milieu-ingenieurs, van twee heel verschillende Cornell-hogescholen, om realiteit te creëren vanuit een idee – dat was min of meer een voorgevoel – dat het reinigen van afvalwater beter en een beetje goedkoper zal maken."

Het onderzoek, "Prestaties van elektro-gesponnen koolstof-nanovezelelektroden met geleidend poly (3, 4-ethyleendioxythiofeen) Coatings in bio-elektrochemische systemen, " wordt op 15 juli gepubliceerd in de Journal of Power Sources .