미생물연료전지에서 전극구조가 기질분해에 미치는 영향 연구 = Effect of Electrode Configuration on the Substrate Degradation in Microbial Fuel Cells

국문 초록 (Abstract)

미생물연료전지는 하폐수에 존재하는 다양한 유기성물질을 전기에너지로 변환시킬 수 있는 생물전기화학적공정이다. 본 연구에서는 전산모사를 통하여 산화전극의 크기, 전극간 거리, 전체 산화전극면적이 기질분해에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 생활하수를 처리하는 다중산화전극 및 SPA (Spaced electrode assembly)형 연속식 미생물연료전지공정을 모사하였으며, 전산모사결과에 따르면 단일전극의 크기에 의한 영향보다는 전극간 거리가 짧을수록 기질분해속도가 빠른 것으로 나타났다. 특히 전체 산화전극의 면적이 큰 경우가 기질분해가 가장 빠른 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 미생물연료전지공정의 설계에 있어서 율속단계로 알려진 환원전극의 크기 외에도 산화전극의 크기 및 전극간 거리 또한 기질분해 속도에 영향을 미칠 수 있는 중요한 인자임을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Microbial fuel cells (MFC) are bio-electrochemical processes that can convert various organic materials present in wastewater into electrical energy. For scaling-up and practical application of MFC, it is necessary to investigate the effect of anode size, electrode distance, and total area of anode on substrate degradation. Spaced electrode assembly (SPA) type microbial fuel cell with multiple anodes treating domestic wastewater was used for simulation. According to computer simulation results, the shorter the distance between electrodes than the size of single electrode, the faster the substrate degradation rate. Particularly, when the total area of the anode is large, the substrate decomposition is the fastest. In this study, it was found that the size of the anode and the distance between the electrodes as well as the cathode electrode, which is known as the rate-limiting step in the design of the microbial fuel cell process, are also important factors influencing the substrate degradation rate.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• 요약
• 1. 서론
• 2. 재료 및 방법
• 3. 결과 및 고찰
• 4. 결론
• References

참고문헌 (Reference)

1 박영현, "식종원 및 유기물 농도 변화에 따른 평판형 외기환원전극미생물 연료전지의 질소 제거" 대한환경공학회 38 (38): 635-640, 2016

2 김지연, "생물환원전극 미생물연료전지에서 외부저항 및 유입부하에 따른 유기물 및 질소 제거와 전기생산에 미치는 영향" 한국물환경학회 31 (31): 556-562, 2015

3 정석희, "생물전기화학적 하폐수처리를 위한 미생물연료전지의 실용화" 한국도시환경학회 13 (13): 93-100, 2013

4 윤형선, "니켈을 함유한 콜타르 피치 결합제를 이용한 미생물연료전지 산화전극 성능개선" 대한환경공학회 37 (37): 499-504, 2015

5 Wang, Z., "Progress of air-breathing cathode in microbial fuel cells" 356 : 245-255, 2017

6 Jiang, D., "Power recovery with multi-anode/cathode microbial fuel cells suitable for future large-scale applications" 35 (35): 8683-8689, 2010

7 Santoro, C., "Microbial fuel cells: From fundamentals to applications. A review" 356 : 225-244, 2017

8 Logan, B. E., "Microbial fuel cells : methodology and technology" 40 : 5181-5192, 2006

9 Logan, B. E., "Microbial fuel cells" Wiley-Interscience 2007

10 Mustakeem, "Electrode materials for microbial fuel cells: nanomaterial approach" 4 (4): 22-, 2015

11 Lanas, V., "Effects of carbon brush anode size and loading on microbial fuel cell performance in batch and continuous mode" 247 : 228-234, 2014

12 Ahn, Y., "Different electrode configurations to optimize performance of multielectrode microbial fuel cells for generating power or treating domestic wastewater" 249 : 440-445, 2014

13 Logan, B., "Conversion of wastes into bioelectricity and chemicals by using microbial electrochemical technologies" 337 (337): 686-690, 2012

14 Logan, B. E., "Assessment of Microbial Fuel Cell Configurations and Power Densities" 2 (2): 206-214, 2015