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Previous issue date: 2017-06-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Microbial fuel cells (MFC) are electrochemical devices that exploit the ability of
some species of microorganisms to use electrodes as final acceptors of electrons in their
metabolism. The interest in this technology is associated with the possibility of using
different compounds, including domestic and industrial effluents, in the generation of
electric energy. In this context, the study of MFC that use residual frying oils (RFO) as
substrate gains attention by bringing an alternative both from an environmental and an
energetic point of view. The objective of this work was to model the best conditions for
the simultaneous degradation of these RFO and electric current generation of a
microbial fuel cell inoculated with Shewanella putrefaciens. For this purpose, a factorial
and central compound planning (CCP) design was used, in which microbial metabolism
was studied under the effects of pH, temperature, medium agitation, oil concentration
and time. The experimental data were obtained in a two-chamber MFC, an anode and a
cathode, separated by a proton exchange membrane. The anode was inoculated with S.
putrefaciens under anaerobic conditions and fed with RFO, while the cathode was fed
with tap water and salinized tap water. In the anode, an electrode was used as a graphite
cloth with a polypropylene mesh and an aluminum heatsink on the cathode. Both were
connected externally by an electrical resistance. During the operation of the system, the
anode compartment was operated in batch mode. The results show that in less than two
days of operation the current generation had reached a stable value, proving the
exoelectrogenic capacity of the bacteria. It was observed that S. putrefaciens did not
develop a biofilm on the surface of the electrodes with samples from the University
Restaurant (UR), but adhered to the electrode with domestic oil as a substrate,
demonstrating a direct mechanism of extracellular electron transfer to establish the
electrical contact with The electrode. In general, the mathematical modeling of the
degradation of the oils for the simultaneous generation of electric current was possible,
requiring further studies of the chemical composition of the oils for the evaluation of the
efficiency of the MFC with the chemical parameters, since it was only possible to
analyze from the point of electrical parameters. In addition, it was possible to verify that
the amount of bacterial colonies does not interfere in the generation of tension, being
this one generated of stable form with small cellular concentrations. / Células combustíveis microbianas (CCM) são dispositivos eletroquímicos que exploram
a habilidade de algumas espécies de micro-organismos utilizarem eletrodos como
aceptores finais de elétrons em seu metabolismo. O interesse nesta tecnologia está
associado à possibilidade de empregar diferentes compostos, inclusive efluentes
domésticos e industriais, na geração de energia elétrica. Neste contexto, o estudo de
CCM que usem óleos de fritura residuais (OFR) como substrato ganha atenção por
trazer uma alternativa tanto do ponto de vista ambiental quanto energético. Assim o
objetivo deste trabalho foi modelar as melhores condições para a simultânea degradação
destes OFR e geração de corrente elétrica de uma célula combustível microbiana
inoculada com Shewanella putrefaciens. Para tal fim foi empregado um planejamento
fatorial e planejamento de composto central (PCC), no qual o metabolismo microbiano
foi estudado sob os efeitos de pH, temperatura, agitação do meio, concentração do óleo
e tempo. Os dados experimentais foram obtidos em uma CCM de dois compartimentos,
um ânodo e um cátodo, separados por uma membrana de troca de prótons. O ânodo foi
inoculado com S. putrefaciens em condições de anaerobiose e alimentado com OFR,
enquanto, o cátodo foi alimentado com água da torneira e água da torneira salinizado.
No ânodo, foi empregado como eletrodo pano de grafite imobilizado com tela de
polipropileno e no cátodo um dissipador de calor de alumínio. Ambos estavam
conectados externamente por uma resistência elétrica. Durante a operação do sistema, o
compartimento do ânodo foi operado em regime de batelada. Os resultados ilustram que
em menos de dois dias de operação a geração de corrente elétrica já havia atingido um
valor estável, comprovando a capacidade exoeletrogênica da bactéria. Observou-se que
a S. putrefaciens pouco desenvolveu biofilme na superfície dos eletrodos com amostras
do óleo do Restaurante Universitário (RU), mas aderiu ao eletrodo tendo óleo doméstico
como substrato, demonstrando um mecanismo direto de transferência eletrônica
extracelular para estabelecer o contato elétrico com o eletrodo. De maneira geral, a
modelagem matemática da degradação dos óleos para simultânea geração de corrente
elétrica foi possível, necessitando de maiores estudos da composição química dos óleos
para a avaliação da eficiência da CCM com os parâmetros químicos, uma vez que só foi
possível analisar do ponto de vista dos parâmetros elétricos. Além disso, foi possível
verificar que a quantidade de colônias bacterianas não interfere na geração de tensão,
sendo este gerado de forma estável com pequenas concentrações celulares.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:http://localhost:tede/6271 |
| Date | 30 June 2017 |
| Creators | Fonseca, Jennifer Salgado da, . |
| Contributors | ppgbiotec@ufam.edu.br, Santos, Maria Cristina dos, Serudo, Ricardo Lima, Silva, Carlos Gustavo Nunes da, Parente, Jozias |
| Publisher | Universidade Federal do Amazonas, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia, UFAM, Brasil, Instituto de Ciências Biológicas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAM, instname:Universidade Federal do Amazonas, instacron:UFAM |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 32215883775770440, 600, 500, 461231695918095045 |
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