Evaluación de electrodos de fieltro de carbón modificados superficialmente para la generación de energía eléctrica en celdas de combustible microbianas

Abstract

Una celda de combustible microbiana (CCM) es un dispositivo que utiliza microorganismos para convertir energía química en energía eléctrica. Ciertos microorganismos como las bacterias durante sus procesos metabólicos producen electrones que pueden ser captados por un electrodo (ánodo) y ser transferidos hacia el cátodo produciéndose de esta manera una potencia. En este trabajo los biocatalizadores empleados en la generación de energía se obtuvieron a partir de una cepa aislada de Shewanella putrefaciens. Se comparó cuatro sustratos: agua residual sintética (ARS), Luria Bertani (LB), Agua extraída de lodos de CITRAR-UNI y caldo de pescado (chilcano). En los análisis realizados se utilizó como ánodo y cátodo carbón fieltro conductor, unidos por un circuito externo de material de cobre y una resistencia externa de 1000 Ω. Se comparó la potencia generada por cinco tipos de modificaciones de la superficie carbonosa del ánodo. La primera modificación se llevó a cabo a través del auto ensamblado capa por capa de nanopartículas. de oro (AuNPs) utilizando polielectrolito de carga positiva cloruro de polildialildimetialamonio (PDADMAC). En la segunda modificación, se sintetizaron directamente las nanopartículas sobre el electrodo a través del método de electrodeposición también se modificó la superficie carbonosa eón el polímero conductor polianilina (PANI) utilizando el método de polimerización de 0.1 mol L-1 anilina en medio de 0.3 mol L-1 de ácido oxálico y ácido sulfúrico. Además, se depositó en la superficie del fieltro nanotubos de carbón de pared múltiple (AuNPs-MWCNT) y por último se realizó un compósito de polianilina y nanotubos de carbón (MWCNT/PANI) a través de la polimerización a pH ácido. Las superficies de los electrodos se caracterizaron por Voltametría Cíclica, Espectroscopia Raman y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). Una vez formado el biofilm se monitoreó la generación de electricidad durante 750 horas en el ánodo de la CCM. Los resultados muestran una mayor densidad de potencia para el electrodo modificado con nanotubos de carbón de pared múltiple que contienen nanopartículas de otro obteniéndose 118.2 mW m-2 y 80. 7 mW m-2 en Luria Bertani y Agua residual sintética (ARS) respectivamente. De los resultados obtenidos se puede concluir que el aumento de la conductividad y biocompatibilidad del electrodo producida por las nanopartículas de oro es factor importante para la obtención de mayores porcentajes de potencia eléctrica.