Mikrobiyal elektroliz mekanizmasının incelenmesi ve organik içeriği zengin atık sulara uygulanarak hidrojen gazı üretimi
Researching of microbial electrolysis mechanism of organic rich material containing wastewater for hydrogen production
Yazar: TUĞBA BAYCAN
Danışman: DOÇ. DR. SİBEL IRMAK
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Bölümü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada Shewanella oneidensis MR-1 ve Geobacter metallireducens ekzoelektrojenik bakterileri ile kenar yüzeyli prolize grafit elektrotta (EPPG) mikrobiyal elektroliz yöntemiyle atık sulardan hidrojen gazı üretimi gerçekleştirilmiştir. Öncelikle model bir substrat, glukoz kullanılarak farklı potansiyellerde (0,5; 0,7 ve 1,0 V) standart bir elektrolitte elektroliz deneyleri yapılmış ve mikrobiyal elektroliz optimum potansiyeli belirlenmiştir. Buna göre, S. oneidensis MR-1 için 0,7 V ve G. metallireducens için 1,0 V optimum potansiyel olarak belirlenmiştir ve melas atık suyu ile yapılan çalışmalarda bu potansiyeller kullanılmıştır.
Bakterilerin hidrojen üretim mekanizması döner disk elektrot sistemi ve dönüşümlü voltametre tekniği ile aydınlatılmaya çalışılmıştır. Voltametrik ölçümler sonucunda, EPPG elektrotta hidrojen oluşumunun yüksek potansiyellerde gerçekleştiği, ancak hidrojen oluşum reaksiyonunu sağlamak için gerekli aktivasyon enerjisinin bakteri varlığında oldukça düştüğü sonucuna varılmıştır. Kullanılan bakterilerden G. metallireducens?in hidrojen gazı oluşturma etkinliğinin daha iyi olduğu görülmüştür. Döner disk elektrot sistemi ile yapılan çalışmalarda S. oneidensis MR-1?e kıyasla, G. metallireducens elektrot yüzeyinde indirgenerek akımı arttırmakta ve bu sayede elektrot/çözelti arasındaki elektron transferini daha hızlı gerçekleştirebilmektedir. Artan katodik akımla elektron aktarımının yanı sıra proton aktarımı da hızlanmakta ve hidrojen oluşumunu daha etkin hale getirebilmektedir.

Abstract:
In this study, hydrogen production via microbial electrolysis of wastewater was carried out on edge plane pyroytic graphite electrode (EPPG) using Shewanella oneidensis MR-1 and Geobacter metallireducens exoeletrogenic bacteria. To determine optimum potential condition of the system, microbial electrolysis was performed with glucose in supporting electrolyte solution as a carbon source at various potential applications (0.5, 0.7 and 1.0 V). The optimum potential was found to be 0.7 V for S. oneidensis MR-1 and 1.0 V for G. metallireducens. Those potentials were used for microbial electrolysis of wastewater samples. 
Hydrogen evolution mecanism of the bacteria was researched using rotating disc electrode system and cyclic voltammetry technique. The results showed that higher over potential was required for hydrogen evolution on EPPG electrode. However, the presence of bacteria in the solution decreased the activation energy required to ensure hydrogen evolution reaction. Hydrogen evolution efficiency of G. metallireducens was better compared to S. oneidensis MR-1. Current increased while G. metallireducens was present on electrode surface. Therefore, electron transfer between electrode/solution carried out faster. Not only electron transfer but also proton transfer accelarated by increasing cathodic current and hydrogen evolution. These results showed that the mass-transport prosses was more effective with G. metallireducens.