Study on membrane-microbial interactions to understand the biologically-induced fouling of ionic liquid-containing membrane separators used in microbial fuel cells
Membrán-mikroba interakciók vizsgálata mikrobiális üzemanyag cellákban használt ionos folyadék tartalmú membránszeparátorok biológiai eredetű eltömődésének megértésére
Title in English
Study on membrane-microbial interactions to understand the biologically-induced fouling of ionic liquid-containing membrane separators used in microbial fuel cells
Material Science and Technology (chemistry) (Council of Physical Sciences)
60 %
Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences)
25 %
Ortelius classification: Biophysics
Power Engineering (Council of Physical Sciences)
15 %
Ortelius classification: Renewable energies
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
Research Group on Bioengineering, Membrane Technology and Energetics (University of Pannonia)
Participants
Koók, László Rózsenberszki, Tamás Tóth, Gábor
Starting date
2019-12-01
Closing date
2023-11-30
Funding (in million HUF)
39.420
FTE (full time equivalent)
5.13
state
running project
Final report
Results in Hungarian
Ebben a projektben a támasztóréteges ionos folyadékos (SILM) és egyéb polimer membránok mikrobiális üzemanyag cellában (MFC) való felhasználásának lehetőségei, jelen helyzete és kihívásai kerültek górcső alá, vizsgálva többek között a SILM készítésének megfelelő módszereit. Átfogó kutatás módszertani megközelítést kidolgozva vizsgáltuk a különböző ionos folyadékokkal készült membránok viselkedését és alkalmazhatóságát MFC-ban. Ennek keretében imidazólium-típusú ionos folyadékokat tartalmazó membránokat teszteltünk MFC-ban, kitérve azok fizikai-kémiai tulajdonságainak a rendszer stabilitására és teljesítményére vonatkozóan gyakorolt hatásának részletes elemzésére, különös tekintettel a membrán biológiai eltömődését illetően. A kutatás eredményeként új-típusú, poliéterszulfon (PES) fizikai támasztórétegen immobilizált, mikrokristályos cellulózból és [bmim][Cl] ionos folyadékból készült membránt szintetizáltunk majd használtunk fel MFC működtetéséhez. Több hetes kísérletek tanulsága szerint a cellulóz/[bmim][Cl]/PES membránon jelentős biológiai eltömődés volt tapasztalható. Eme biológiai eltömődési réteget mikrobiológiai szempontból vizsgálva megállapítottuk, hogy a membrán felszínén >23 % relatív abundanciával egy cellulóz-bontásra képes mikroba, Clostridium termitidis telepedett meg. Ennek szerepe lehetetett a membrán degradációjában és a MFC katódterét/katódját érintő mikrobális elárasztás jelenségének kialakulásában.
Results in English
In this project, the opportunities, status and challenges of supported ionic liquid membranes (SILMs) and other membrane separators for microbial fuel cells (MFC) have been highlighted and investigation was carried out to establish the proper fabrication methods for SILMs installed into MFC. A comprehensive research methodology was deployed to approach and evaluate the behavior and performance of membranes prepared with different ionic liquids. Accordingly, it was aimed to test membranes containing imidazolium-type ionic liquids in MFC and see how their properties and stability could influence the process efficiency, by keeping an eye on the membrane biofouling aspects. As a result, a novel membrane was prepared on polyethersulfone (PES) physical support from the mixture of microcrystalline cellulose and [bmim][Cl] ionic liquid and used subsequently in MFC. Through several weeks of experimentation, severe biofouling was observed on the cellulose/[bmim][Cl]/PES membrane and our assessment showed that the cellulose-degrading species, Clostridium termitidis was present with a notably high (>23 %) relative abundance on the surface of the membrane, which may have caused its deterioration and the consequent colonization of the cathodic compartment of the MFC.
