fevereiro 2015 vol. 1 num. 2 - XX Congresso Brasileiro de Engenharia Química

Artigo - Open Access.

Idioma principal

MODELAGEM MATEMÁTICA DA CINÉTICA DE GERAÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA DE UMA CÉLULA COMBUSTÍVEL MICROBIANA INOCULADA COM SEDIMENTO MARINHO

TELEKEN, J. T.; CARCIOFI, B. A. M.; SILVA, J. S. da; OGRODOWSKI, C. S.; SANTANA, F. B.;

Artigo:

O objetivo do presente trabalho foi modelar matematicamente a cinética de geração de corrente elétrica em uma célula combustível microbiana (CCM) inoculada com sedimento marinho. O modelo utilizado inclui a relação de Nernst-Monod para descrever o metabolismo microbiano e a Lei de Ohm para descrever o mecanismo de transferência eletrônica extracelular (TEE). Os dados experimentais foram obtidos em uma CCM de duas câmaras através de análises voltametria cíclica. Constatou-se que os microrganismos desenvolviam-se preferencialmente aderidos a superfície dos eletrodos e utilizavam um mecanismo de TEE predominantemente condutivo. O modelo foi capaz de descrever adequadamente aos dados experimentais e forneceu uma estimativa para condutividade elétrica do biofilme, na ordem de 10

Artigo:

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/chemeng-cobeq2014-1803-17480-173684

Referências bibliográficas
  • [1] BARD, A. J., FAULKNER, L. R. Electrochemical methods fundamentals and applications. John Wiley Andamp; Sons: New York, 200
  • [2] BOND, R. D. Electrodes as electron acceptors, and the bacteria who love them, p. 385-400. In: Barton, L.L., Mandl, M., Loy, A., Geomicrobiology: molecular and environmental perspective. Springer: London 2010.
  • [3] BURDEN, R.L., FAIRES, J.D. Numerical analysis. Australia: Brooks/Cole, 2011.
  • [4] Da SILVA, J. S.; MEZZOMO, H.; NOGUÊS, L. B.; FRAGA, M. F.; OGRODOWSKI, C. S.; SANTANA, F. B. Efeito do processo contínuo sem reciclo de biomassa na operação de células de combustível microbiológicas. Vetor, v. 23, p. 46-60, 2013.
  • [5] El-NAGGAR, M., WANGER, G., LEUNG, K. M., YUZINSKY, T. D., SOUTHAM, G., YANG, J., LAU, W. M., NEALSON, K. H., GORBY, Y. A. Electrical transport along bacterial nanowires from Shewanella oneidensis MR-1. Proc Natl Acad Sci U.S.A., v. 107, p. 18127-18131, 2010.
  • [6] HARNISCH, F., FREGUIA, S. A basic tutotial on cyclic voltammetry for the investigation of electroactive microbial biofilms. Chem-Asian J., v. 7, p. 466-475, 2012.
  • [7] LEE, H.S., TORRES, C. I., RITTMANN, B. E.: Effects of substrate diffusion and anode potential on kinetic parameters for anode-respiring bacteria. Environ Sci Technol., v. 43, p. 7571-7577 2009.
  • [8] LOGAN, B. E., REGAN, J.M. Electricity-producing bacterial communities in microbial fuel cells. TRENDS Microbiol., v. 14, p. 2006, 512-51
  • [9] LOVLEY, D. Electromicrobiology. Annul Rev Microbiol., v. 66, p, 391-409, 2012.
  • [10] MARCUS, A.K., TORRES, C.I., RITTMANN, B.E. Conduction-Based Modeling of the Biofilme Anode of a Microbial Fuel Cell. Biotechnol Bioeng., v. 98, p.1171-1182, 2007.
  • [11] MALVANKAR, N. S., VARGAS, M., NEVIN, K. P., FRANKS, A. E., LEANG, C., KIM, B. C., INOUE, K., MESTER, T., COVALLA, S. F., JOHNSON, J. P., ROTELLO, V. M., TUOMINEN, M. T., LOVLEY, D. R. Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks. Nat nanotechnol., v. 6, p. 573-579, 20
  • [12] Área temática: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 7MALVANKAR, N. S., TUOMINEN, M. T., LOVLEY D. R. Biofilm conductivity is a decisive variable for high-current-density Geobacter sulfurreducens microbial fuel cells. Energy Environ Sci. v. 5, p. 5790-5797, 20
  • [13] MARSILI, E., BARON, D. B., SHIKHARE, I. D., COURSOLLE, D., GRALNICK, J. A., BOND, D. R. Shewanella secretes flavins that mediate extracellular electron transfer. Proc Natl Acad Sci U.S.A., v. 105, p. 3968-3973, 2008a. MARSILI, E., ROLLEFSON, J. B., BARON, D. B., HOZALSKI, R. M., BOND, D. R. Microbial biofilm voltammetry: direct electrochemical characterization of catalytic electrode-attached biofilms. Appl Environ Microbiol., v. 74, p. 7329-7337, 2008b. MARSILI, E., SUN, J., BOND, D.R. Voltammetry and growth physiology of Geobacter sulfurreducens biofilms as a function of growth stage and imposed electrode potential. Electroanal., v. 22, p. 865-874, 2010.
  • [14] MORITA, M., MALVANKAR, N. S., FRANKS, A. E., SUMMERS, Z. M., GILOTEAUX, L., ROTARU, A. E., ROTARU, C., LOVLEY, D. R. Potential for direct interspecies electrons transfer in methanogenic wastewater digester aggregates. mBio, v. 2, 2011.
  • [15] PARAMESWARAN, P.; BRY, T.; POPAT, S. C.; LUSK, B. G., RITTMANN, B. E.; TORRES, C. I. Kinetic, electrochemical, and microscopic characterization of the thermophilic, anode-respiring bacterium thermincola ferriacetica. Enviro Sci Technol. v. 47, p. 4934-4940, 2013.
  • [16] PATANKAR, S.V. Numerical heat transfer and fluid flow. New York: Routledge, 1980.
  • [17] PICIOREANU, C., HEAD, I.M., KATURI, K.P., Van LOOSDRESCHT, M.C.M., SCOTT, K. A computational model for biofilm-based microbial fuel cells. Water Res., v.41, p. 2921-2940, 2007.
  • [18] PICIOREANU, C. KATURI, K.P., van LOOSDRECHT, M.C.M., HEAD, I.M., SCOTT, K. Modelling microbial fuel cells with suspended cells and added electron transfer mediator. J Appl Electrochem., v. 40, p. 151-162, 2010.
  • [19] PINTO, R.P., SRINIVASAN, B., MANUEL, M.F., TARTAKOVSKY, B. A two-population bio-electrochemical model of a microbial fuel cell. Bioresource Technol., v. 101, p. 5256-5265, 2010.
  • [20] SUMMERS, Z. M., FOGARTY, H. E., LEANG, C., FRANKS, A. E., MALVANKAR, N. S., LOVLEY, D. R. Direct exchange of electrons within aggregates of an evolved syntrophic coculture of anaerobic bacteria. Science, v. 330, p. 1413-1415, 2010.
  • [21] TORRES, C.I., MARCUS, A.K., PARAMESWARAN, P., RITTMANN, B.E. Kinetic Experiments for evaluating the Nernst-Monod Model for Anode Respiring Bacteria (ARB) in biofilme anode. Environ Sci Technol., v. 42, p. 6593-6597, 2008.
  • [22] TORRES, C. I., MARCUS, A. K., LEE, H.S, PARAMESWARAN, P., KRAJMALNIK-BROWN, R. A kinetic perspective on extracellular electron transfer by anode-repiring bacteria. FEMS Microbiol Rev., v. 34, p. 3-17, 2010.
  • [23] ZENG, Y., CHOO, Y.F., KIM, B.H., WU, P. Modelling and simulation of two-chamber microbial fuel cell. J Power Sources., v. 195, p. 79-89, 2010.
Como citar:

TELEKEN, J. T.; CARCIOFI, B. A. M.; SILVA, J. S. da; OGRODOWSKI, C. S.; SANTANA, F. B.; "MODELAGEM MATEMÁTICA DA CINÉTICA DE GERAÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA DE UMA CÉLULA COMBUSTÍVEL MICROBIANA INOCULADA COM SEDIMENTO MARINHO", p. 9226-9233 . In: Anais do XX Congresso Brasileiro de Engenharia Química - COBEQ 2014 [= Blucher Chemical Engineering Proceedings, v.1, n.2]. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN 2359-1757, DOI 10.5151/chemeng-cobeq2014-1803-17480-173684

últimos 30 dias | último ano | desde a publicação


downloads


visualizações


indexações