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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.59.2019.tde-04122018-163105
Document
Author
Full name
Carolina Souza Bonfin
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2018
Supervisor
Committee
Andrade, Adalgisa Rodrigues de (President)
Forti, Juliane Cristina
Mulato, Marcelo
Olivi, Paulo
Title in Portuguese
Desenvolvimento de biocélulas a combustí­vel de Etanol/O2
Keywords in Portuguese
álcool desidrogenase
biocélula a combustível enzimática
etanol
pirrol
verde de metileno
Abstract in Portuguese
As biocélulas a combustível proporcionam meios de se obter energia de maneira mais sustentável, limpa e renovável e apresentam grande potencial para serem usadas como fontes de energia alternativas para dispositivos eletrônicos de baixa demanda energética. Esta dissertação investiga a bioeletro-oxidação de etanol pela enzima Álcool Desidrogenase (ADH) empregando-se bioânodos com polimerização simultânea do mediador (poli - verde de metileno) e polímero condutor (polipirrol). Uma vez preparado o bioânodo foram realizados estudos para verificar a oxidação do cofator (NADH), formação do produto da bio-oxidação de etanol, estabilidade e também estudos visando aumentar a eficiência energética gerada empregando nanotubos de carbono para aumento de área eletroquímicamente ativa e melhor comunicação com os sítios ativos das enzimas. Foi também preparada uma biocélula completa sem membrana polimérica visando diminuir resistência de transferência de prótons do sistema, com a configuração final constituída de ADH/NAD+, etanol, Lacase/O2 com e sem MWCNT. O bioânodo se mostrou relativamente estável, apresentando um decaimento médio de 36% do valor inicial da densidade de potência após 20 semanas de estocagem. Quando operado em condição contínua (tempo = 4h, E (V)= ½ PCA), o decaimento foi de 39% e de 66% em 12 horas de operação. Os valores de densidade de potência foram melhorados com a adição de MWCNTs sobre o suporte de C antes da eletropolimerização do filme simultâneo, em pH 8,9, obteve-se 275 + 12 ?W cm-2. A eletrólise para este sistema mostrou a formação de acetaldeído com conversão de 18% de etanol. Para a biocélula completa, os melhores resultados foram com a presença de MWCNTs no bioânodo, obtendo-se uma potência de 12,5 +0,9 ?W cm-2. Os resultados obtidos são bastante promissores comparado com a literatura atual e mostram que esse sistema pode ser empregado para construção de BFC.
Title in English
Development of Biofuel cell Ethanol/O2. 2018.
Keywords in English
alcohol dehydrogenase
enzymatic biofuel cells
ethanol
methylene green
pyrrole
Abstract in English
Biofuel cells provide the means to obtain energy in a more sustainable, clean, and renewable way and have great potential as alternative energy sources for low-energy electronic devices. This dissertation investigates ethanol bioelectrooxidation by the enzyme Alcohol Dehydrogenase (ADH) at bioanodes with simultaneous polymerization of the mediator (polymethylene green) and conductive polymer (polypyrrole). After preparing the bioanode, we investigated cofactor (NADH) oxidation, the ethanol biooxidation product,and bioanode stability. We also conducted studies to increase the generated energy efficiency by using carbon nanotubes to augment the electrochemically active area and to improve communication with the enzyme active sites. We also prepared a complete biofuel cell without polymer membrane to decrease the system proton transfer resistance: the final configuration consisted of ADH / NAD +, ethanol, Laccase , and O2 with or without MWCNTs. The bioanode was relatively stable. The mean decay was 36% of the initial power density after 20 weeks of storage. When the bioanode was operated in continuous condition (time = 4h, E (V) = ½ PCA), the decay was 39% and 66% in 12 hours of operation. The power density values increased upon addition of MWCNTs to the C-support before simultaneous film electropolymerization at pH 8.9, to give 275 + 12 ?W cm-2. Under electrolysis conditions, this system produced acetaldehyde and converted 18% of ethanol. For the complete biofuel cell, the best results were with the presence of MWCNTs in the bioanode, which provided a power of 12.5 +0.9 ?W cm-2. The results obtained here are quite promising if compared to the current literature and show that this system can be used to construct a BFC.
 
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Release Date
2020-12-03
Publishing Date
2019-02-20
 
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