Published March 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Gas diffusion electrodes modified with binary doped polyaniline for enhanced CO2 conversion during microbial electrosynthesis

Creators

  • 1. Newcastle University
  • 2. University of Peshawar
  • 3. Zhejiang University
  • 4. Loughborough University

Description

Microbial electrosynthesis (MES) is a promising technology to convert CO2 into value-added chemicals. Enhancing the interactions between biofilms and electrodes is the key of bioelectrochemical systems (BES). In this work, we studied the conversion of CO2 by MES in reactors equipped with novel gas diffusion electrodes (GDEs) modified with a polyaniline (PANI) polymer binary doped with H2SO4 and ammonium lauryl sulfate. The enhanced conductive and hydrophilic properties of the polymer increased the biocompatibility of the PANI-modified GDEs compared to the non-modified carbon GDEs. This increased biocompatibility resulted in faster start-up and higher bioproduction of volatile fatty acids (VFAs) such as acetate and butyrate. Up to 4400 ppm acetate was produced in PANI-modified reactors after 24 days of operation, compared to 408 ppm in reactors equipped with non-modified GDEs. A maximum acetate concentration of 7500 ppm (production rate of 554.8 ± 267.5 ppm day−1) was reached in reactors equipped with PANI-GDEs. After 60 days, apart from acetate, 245 ppm butyrate was produced in reactors equipped with the electrodes modified with PANI, while less than 60 ppm was produced with non-modified GDEs. SEM analysis revealed the development of biofilms on both modified and non-modified electrodes, but the images also suggest differences in compositions.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

التخليق الكهربائي الميكروبي (MES) هو تقنية واعدة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية ذات قيمة مضافة. إن تعزيز التفاعلات بين الأغشية الحيوية والأقطاب الكهربائية هو مفتاح الأنظمة الكهروكيميائية الحيوية (BES). في هذا العمل، درسنا تحويل ثاني أكسيد الكربون بواسطة MES في المفاعلات المجهزة بأقطاب نشر غاز جديدة (GDEs) معدلة باستخدام ثنائي بوليمر بولي أنيلين (PANI) مخدر بـ H2SO4 وكبريتات لوريل الأمونيوم. أدت الخصائص الموصلة والمحبة للماء المحسنة للبوليمر إلى زيادة التوافق الحيوي لـ GDEs المعدلة بواسطة PANI مقارنة بـ GDEs الكربونية غير المعدلة. أدى هذا التوافق الحيوي المتزايد إلى بدء أسرع وإنتاج حيوي أعلى للأحماض الدهنية المتطايرة (VFAs) مثل الأسيتات والبيوتيرات. تم إنتاج ما يصل إلى 4400 جزء في المليون من الأسيتات في مفاعلات PANI المعدلة بعد 24 يومًا من التشغيل، مقارنة بـ 408 جزء في المليون في المفاعلات المجهزة بـ GDEs غير المعدلة. تم الوصول إلى الحد الأقصى لتركيز الأسيتات البالغ 7500 جزء في المليون (معدل الإنتاج 554.8 ± 267.5 جزء في المليون في اليوم−1) في المفاعلات المجهزة بـ PANI - GDEs. بعد 60 يومًا، وبصرف النظر عن الأسيتات، تم إنتاج 245 جزء في المليون من البيوتيرات في مفاعلات مجهزة بأقطاب كهربائية معدلة بـ PANI، بينما تم إنتاج أقل من 60 جزء في المليون باستخدام GDEs غير معدلة. كشف تحليل SEM عن تطور الأغشية الحيوية على كل من الأقطاب الكهربائية المعدلة وغير المعدلة، لكن الصور تشير أيضًا إلى اختلافات في التراكيب.

Translated Description (French)

L'électrosynthèse microbienne (ESM) est une technologie prometteuse pour convertir le CO2 en produits chimiques à valeur ajoutée. L'amélioration des interactions entre les biofilms et les électrodes est la clé des systèmes bioélectrochimiques (BES). Dans ce travail, nous avons étudié la conversion du CO2 par mes dans des réacteurs équipés de nouvelles électrodes à diffusion gazeuse (GDE) modifiées par un polymère polyaniline (PANI) binaire dopé au H2SO4 et au laurylsulfate d'ammonium. Les propriétés conductrices et hydrophiles améliorées du polymère ont augmenté la biocompatibilité des GDE modifiés par PANI par rapport aux GDE de carbone non modifiés. Cette biocompatibilité accrue a entraîné un démarrage plus rapide et une bioproduction plus élevée d'acides gras volatils (AGV) tels que l'acétate et le butyrate. Jusqu'à 4400 ppm d'acétate ont été produits dans les réacteurs modifiés par PANI après 24 jours de fonctionnement, contre 408 ppm dans les réacteurs équipés de GDE non modifiés. Une concentration maximale en acétate de 7500 ppm (taux de production de 554,8 ± 267,5 ppm jour−1) a été atteinte dans les réacteurs équipés de PANI-GDE. Après 60 jours, en dehors de l'acétate, 245 ppm de butyrate ont été produits dans des réacteurs équipés des électrodes modifiées au PANI, tandis que moins de 60 ppm ont été produits avec des GDE non modifiés. L'analyse MEB a révélé le développement de biofilms sur des électrodes modifiées et non modifiées, mais les images suggèrent également des différences de compositions.

Translated Description (Spanish)

La electrosíntesis microbiana (mes) es una tecnología prometedora para convertir el CO2 en productos químicos de valor añadido. Mejorar las interacciones entre las biopelículas y los electrodos es la clave de los sistemas bioelectroquímicos (BES). En este trabajo, estudiamos la conversión de CO2 por mes en reactores equipados con nuevos electrodos de difusión de gas (GDE) modificados con un polímero binario de polianilina (PANI) dopado con H2SO4 y lauril sulfato de amonio. Las propiedades conductoras e hidrófilas mejoradas del polímero aumentaron la biocompatibilidad de los GDE modificados con PANI en comparación con los GDE de carbono no modificados. Esta mayor biocompatibilidad dio como resultado una puesta en marcha más rápida y una mayor bioproducción de ácidos grasos volátiles (AGV) como el acetato y el butirato. Se produjeron hasta 4400 ppm de acetato en reactores modificados con PANI después de 24 días de operación, en comparación con 408 ppm en reactores equipados con GDE no modificados. Se alcanzó una concentración máxima de acetato de 7500 ppm (tasa de producción de 554.8 ± 267.5 ppm día-1) en reactores equipados con PANI-GDE. Después de 60 días, aparte del acetato, se produjeron 245 ppm de butirato en reactores equipados con los electrodos modificados con PANI, mientras que se produjeron menos de 60 ppm con GDE no modificados. El análisis SEM reveló el desarrollo de biopelículas en electrodos modificados y no modificados, pero las imágenes también sugieren diferencias en las composiciones.

Files

28285830.pdf.pdf

Files (2.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:a13214984b7075a8b93d63743ea95839
2.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أقطاب نشر الغاز المعدلة بالبولي أنيلين ثنائي المنشطات لتحسين تحويل ثاني أكسيد الكربون أثناء التركيب الكهربائي الميكروبي
Translated title (French)
Electrodes de diffusion gazeuse modifiées avec de la polyaniline dopée binaire pour une meilleure conversion du CO2 pendant l'électrosynthèse microbienne
Translated title (Spanish)
Electrodos de difusión de gas modificados con polianilina dopada binaria para mejorar la conversión de CO2 durante la electrosíntesis microbiana

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3125122520
DOI
10.1016/j.electacta.2021.137853

Is supplement to
https://openalex.org/W4317502011 (Other)
https://openalex.org/W2950155555 (Other)
https://openalex.org/W2388090768 (Other)
https://openalex.org/W2367032727 (Other)
https://openalex.org/W2325973065 (Other)
https://openalex.org/W2158744920 (Other)
https://openalex.org/W2055175014 (Other)
https://openalex.org/W2045190074 (Other)
https://openalex.org/W2001387087 (Other)
https://openalex.org/W122418352 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1233513192
  • https://openalex.org/W1755402404
  • https://openalex.org/W1969052228
  • https://openalex.org/W1972785807
  • https://openalex.org/W1995283758
  • https://openalex.org/W2003904970
  • https://openalex.org/W2005637483
  • https://openalex.org/W2010421997
  • https://openalex.org/W2036608370
  • https://openalex.org/W2053330373
  • https://openalex.org/W2062304819
  • https://openalex.org/W2066912196
  • https://openalex.org/W2076586878
  • https://openalex.org/W2100081556
  • https://openalex.org/W2141294540
  • https://openalex.org/W2141860790
  • https://openalex.org/W2142338791
  • https://openalex.org/W2157443270
  • https://openalex.org/W2167853153
  • https://openalex.org/W2264648857
  • https://openalex.org/W2267521198
  • https://openalex.org/W2268173306
  • https://openalex.org/W2295153012
  • https://openalex.org/W2320159470
  • https://openalex.org/W2330712066
  • https://openalex.org/W2434440466
  • https://openalex.org/W2504324019
  • https://openalex.org/W2530502010
  • https://openalex.org/W2547891072
  • https://openalex.org/W2552533085
  • https://openalex.org/W2610596550
  • https://openalex.org/W2618614895
  • https://openalex.org/W2627052552
  • https://openalex.org/W2784145136
  • https://openalex.org/W2792762194
  • https://openalex.org/W2793898030
  • https://openalex.org/W2805973638
  • https://openalex.org/W2884089899
  • https://openalex.org/W2889497961
  • https://openalex.org/W2892681408
  • https://openalex.org/W2897560677
  • https://openalex.org/W2898969369
  • https://openalex.org/W2914920575
  • https://openalex.org/W2927573907
  • https://openalex.org/W2944910673
  • https://openalex.org/W2951736718
  • https://openalex.org/W2951863765
  • https://openalex.org/W2957194008
  • https://openalex.org/W2960370789
  • https://openalex.org/W2969736973
  • https://openalex.org/W2980361217
  • https://openalex.org/W2980523294
  • https://openalex.org/W2996797270
  • https://openalex.org/W2998739346
  • https://openalex.org/W3011472399
  • https://openalex.org/W3089279783
  • https://openalex.org/W3093338512
  • https://openalex.org/W3107868420
  • https://openalex.org/W3165685814
  • https://openalex.org/W4294576897
  • https://openalex.org/W827179354
  • https://openalex.org/W884740928