Name: Recuperación de amonio electroquímicamente y Bioelectrochemically inducido (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-01-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 50 s
Description: Aprende a recuperar amonio de corrientes ricas en nitrógeno mediante sistemas electroquímicos y bioelectroquímicos con membranas de intercambio iónico. Este método permite obtener amoníaco puro para reutilización agrícola.

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Este trabajo fue apoyado por la beca BOF para SG de la Universidad de Gante. AL cuenta con el apoyo de la Universidad de Rutgers NSF Fuels-IGERT. SA cuenta con el apoyo del proyecto "ProEthanol 2G" del Programa Marco 7 de la Unión Europea. SA y KR cuentan con el apoyo de la Asociación de Investigación Multidisciplinaria (MRP) de la Universidad de Gante: Biotecnología para una economía sostenible (01 MRA 510W). JD cuenta con el apoyo de una subvención IOF Advanced (F2012/IOF-Advanced/094). KR cuenta con el apoyo de la subvención ERC Starter Grant "Electrotalk". Los autores agradecen a Tim Lacoere por diseñar la figura artística TOC, a Robin Declerck por construir la tira y las columnas de absorción y a Kun Guo por proporcionar la fuente de inóculo.

<ol><li>Verstraete, W., Van de Caveye, P., Diamantis, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maximum+use+of+resources+present+in+domestic+%22used+water%22%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Maximum use of resources present in domestic "used water".</a> Bioresource Technology. 100 (23), 5537-5545 (2009).</li>
<li>Lei, X., Sugiura, N., Feng, C., Maekawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pretreatment+of+anaerobic+digestion+effluent+with+ammonia+stripping+and+biogas+purification%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Pretreatment of anaerobic digestion effluent with ammonia stripping and biogas purification.</a> Journal of Hazardous Materials. 145 (3), 391-397 (2007).</li>
<li>Siegrist, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrogen+removal+from+digester+supernatant-comparison+of+chemical+and+biological+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Nitrogen removal from digester supernatant-comparison of chemical and biological methods.</a> Water Science and Technology. 34 (1), 399-406 (1996).</li>
<li>Desloover, J., Abate Woldeyohannis, A., Verstraete, W., Boon, N., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+Resource+Recovery+from+Digestate+to+Prevent+Ammonia+Toxicity+during+Anaerobic+Digestion%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Electrochemical Resource Recovery from Digestate to Prevent Ammonia Toxicity during Anaerobic Digestion.</a> Environmental Science & Technology. 46 (21), 12209-12216 (2012).</li>
<li>Kim, J. R., Zuo, Y., Regan, J. M., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+ammonia+loss+mechanisms+in+microbial+fuel+cells+treating+animal+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Analysis of ammonia loss mechanisms in microbial fuel cells treating animal wastewater.</a> Biotechnology and Bioengineering. 99 (5), 1120-1127 (2008).</li>
<li>Emerson, K., Russo, R. C., Lund, R. E., Thurston, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aqueous+ammonia+equilibrium+calculations%3A+effect+of+pH+and+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Fisheries+Board+of+Canada%22%5BJournal%5D)">Aqueous ammonia equilibrium calculations: effect of pH and temperature.</a> Journal of the Fisheries Board of Canada. 32 (12), 2379-2383 (1975).</li>
<li>Kuntke, P., Sleutels, T. H. J. A., Saakes, M., Buisman, C. J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+production+and+ammonium+recovery+from+urine+by+a+Microbial+Electrolysis+Cell%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">Hydrogen production and ammonium recovery from urine by a Microbial Electrolysis Cell.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 39 (10), 4771-4778 (2014).</li>
<li>Guo, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surfactant+treatment+of+carbon+felt+enhances+anodic+microbial+electrocatalysis+in+bioelectrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochemistry+Communications%22%5BJournal%5D)">Surfactant treatment of carbon felt enhances anodic microbial electrocatalysis in bioelectrochemical systems.</a> Electrochemistry Communications. 39, 1-4 (2014).</li>
<li>Guo, K., Chen, X., Freguia, S., Donose, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spontaneous+modification+of+carbon+surface+with+neutral+red+from+its+diazonium+salts+for+bioelectrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Spontaneous modification of carbon surface with neutral red from its diazonium salts for bioelectrochemical systems.</a> Biosensors and Bioelectronics. 47, 184-189 (2013).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Methods+For+The+Examination+Of+Water+And+Wastewater%22">Standard Methods For The Examination Of Water And Wastewater</a>. Rice, E. W., Greenberg, A. E., Clesceri, L. S., Eaton, A. D. , American Public Health Association. (1992).</li>
<li>Andersen, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrolytic+Membrane+Extraction+Enables+Production+of+Fine+Chemicals+from+Biorefinery+Sidestreams%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Electrolytic Membrane Extraction Enables Production of Fine Chemicals from Biorefinery Sidestreams.</a> Environmental Science & Technology. 48 (12), 7135-7142 (2014).</li>
<li>Harnisch, F., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Diversity+of+Techniques+to+Study+Electrochemically+Active+Biofilms+Highlights+the+Need+for+Standardization%5BTitle%5D)+AND+%22Chemsuschem%22%5BJournal%5D)">The Diversity of Techniques to Study Electrochemically Active Biofilms Highlights the Need for Standardization.</a> Chemsuschem. 5 (6), 1027-1038 (2012).</li>
<li>Clauwaert, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Minimizing+losses+in+bio-electrochemical+systems%3A+the+road+to+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiology+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Minimizing losses in bio-electrochemical systems: the road to applications.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 79 (6), 901-913 (2008).</li>
<li>Atkins, P., De Paula, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAtkins%2C+P+%22Elements+of+Physical+Chemistry%22">Elements of Physical Chemistry</a>. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2012).</li>
<li>Aelterman, P., Freguia, S., Keller, J., Verstraete, W., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+anode+potential+regulates+bacterial+activity+in+microbial+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiology+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">The anode potential regulates bacterial activity in microbial fuel cells.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 78 (3), 409-418 (2008).</li>
<li>Kuntke, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ammonium+recovery+and+energy+production+from+urine+by+a+microbial+fuel+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Ammonium recovery and energy production from urine by a microbial fuel cell.</a> Water Research. 46 (8), 2627-2636 (2012).</li>
<li>Liu, H., Cheng, S., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Power+Generation+in+Fed-Batch+Microbial+Fuel+Cells+as+a+Function+of+Ionic+Strength%5BTitle%5D)+AND+%22Temperature%2C+and+Reactor+Configuration.+Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Power Generation in Fed-Batch Microbial Fuel Cells as a Function of Ionic Strength.</a> Temperature, and Reactor Configuration. Environmental Science & Technology. 39 (14), 5488-5493 (2005).</li>
<li>Gimkiewicz, C., Harnisch, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Waste+Water+Derived+Electroactive+Microbial+Biofilms%3A+Growth%2C+Maintenance%2C+and+Basic+Characterization%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization.</a> JoVE. (82), e50800(2013).</li>
<li>Ping, Q., Cohen, B., Dosoretz, C., He, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+investigation+of+fouling+of+cation+and+anion+exchange+membranes+in+microbial+desalination+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Desalination%22%5BJournal%5D)">Long-term investigation of fouling of cation and anion exchange membranes in microbial desalination cells.</a> Desalination. 325, 48-55 (2013).</li>
<li>Guerin, T., Mondido, M., McClenn, B., Peasley, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+resazurin+for+estimating+abundance+of+contaminant-degrading+micro-organisms%5BTitle%5D)+AND+%22Letters+in+Applied+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Application of resazurin for estimating abundance of contaminant-degrading micro-organisms.</a> Letters in Applied Microbiology. 32 (5), 340-345 (2001).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Este manuscrito ofrece las herramientas necesarias para configurar un bioelectrochemical y una célula electroquímica para la recuperación de amonio. Los cálculos presentados en la sección de resultados proporcionan los parámetros para la evaluación del rendimiento del sistema. Los sistemas biológicos y electroquímicas son similares en configuración y función. La principal diferencia entre los dos sistemas es la elección de una corriente fija de la célula electroquímica frente a un potencial del ánodo fijo para la config...

La recuperación de productos valiosos a partir de aguas residuales gana importancia como recursos valiosos vuelven escasos y tratamiento sin recuperación representa sólo un costo. Las aguas residuales contienen tanto la energía y los nutrientes que se pueden recuperar, y la recuperación de nutrientes puede ayudar a cerrar el ciclo de producción 1. La recuperación de energía a través de la digestión anaerobia es un proceso bien establecido, mientras que la recuperación de nutrientes es menos común. La recuperación de los nutrientes de los flujos de residuos líquidos tales como orina y estiércol ha sido ampliamente investigado, por ejemplo, a través de la producción de estruvita y despojo directo de 2,3 amoníaco. Sin embargo, la necesidad de la adición de productos químicos es una desventaja de estos procedimientos 4. Aquí presentamos una técnica para la recuperación de nutrientes catiónicos de los flujos de residuos, incluyendo potasio y amonio. La forma catiónica de estos nutrientes permite la recuperación usando una membrana selectiva de iones en un sistema electroquímico. En este caso, el electrochemical sistema consta de una cámara de ánodo (donde tiene lugar la oxidación), una cámara de cátodo (donde la reducción se lleva a cabo) y una membrana selectiva de iones para separar los compartimentos. Se aplica un voltaje a través de la célula para producir un flujo de corriente del ánodo al cátodo. Esta tensión puede ser generada por una fuente de alimentación externa para conducir la oxidación del agua y las reacciones de reducción. Alternativamente, la oxidación anódica, por ejemplo, de compuestos orgánicos, puede ser catalizada por bacterias electroactivos, que requieren menos energía. Para cerrar el circuito y mantener el equilibrio de carga, una especie cargada deben migrar entre los electrodos por cada electrón generado. Transporte de amonio de la cámara anódica a la cámara de cátodo a través de una membrana de intercambio catiónico (CEM) puede compensar así el flujo de electrones de 4,5. La técnica que aquí se presenta no sólo elimina de amonio de los flujos de residuos, sino que también permite su recuperación. Existe nitrógeno amoniacal total (TAN) en equilibrio de ambos ammonio (NH 4 +) y amoníaco (NH 3), y es dependiente de pH y de la temperatura 6. NH 4 + es abundante debido a la alta concentración de TAN y cerca de pH neutro en la cámara de ánodo y esta especie con carga positiva, por lo tanto puede ser impulsado por la corriente a través de la CEM en la cámara catódica. La corriente impulsa la reducción de agua en el cátodo, lo que lleva a la producción de iones de hidróxido y el gas hidrógeno. El equilibrio TAN desplaza a casi el 100% de NH 3 debido a la alta pH en la cámara de cátodo (&gt; 10,0). NH 3 es un gas que se puede transferir fácilmente a través de la circulación de aire de la unidad de separación de la columna de absorción donde queda atrapado y se concentró en una solución ácida. Esta tecnología tiene el potencial de disminuir la toxicidad de amonio durante la digestión anaerobia de los flujos rico en N como el estiércol, aumentando así la recuperación de energía a partir de estos flujos de residuos, mientras que simultáneamentenutrientes se recuperan 4. Extracción electroquímica y bioelectrochemical de amonio también puede ser aplicado como técnica de recuperación de nutrientes en las corrientes de desechos con un alto contenido de TAN tal como la orina evitando de este modo los costes para la eliminación de nutrientes en una PTAR 7. El protocolo que se presenta aquí puede servir como una base para muchos diferentes experimentos electroquímicos y bioelectrochemical, como se utiliza un reactor modular. Diferentes tipos de electrodos, membranas y grosores de bastidor se pueden combinar como se explica en el protocolo a continuación. El objetivo principal del protocolo es proporcionar un medio para la comparación de la recuperación de amonio electroquímica y la recuperación de amonio-bio electroquímica usando una célula de electrólisis. Los sistemas se evalúan en términos de eficiencia de la extracción, la entrada de energía y la reproducibilidad.

<table><tbody><tr><td>Fieltro de carbono de 3,18 mm de espesor</td><td>Alfa Aesar</td><td>ALFA43199</td><td>utilizado como bioánodo, 110&nbsp; mm x 110&nbsp; Electrodo</td></tr><tr><td>de Ti mm recubierto con Ir MMO&nbsp;</td><td>Ánodos especiales Magneto (Países Bajos)</td><td></td><td>Utilizado como ánodo estable para pruebas electroquímicas</td></tr><tr><td>Malla de acero inoxidable</td><td>Solana (Bélgica)</td><td>RVS 554/64: material AISI 316L, ancho de malla: 564 micras, espesor del alambre: 140 micras, número de malla: 36,6</td><td>Utilizado como cátodo, 110&nbsp; mm x 110&nbsp; mm</td></tr><tr><td>Placa de acero inoxidable</td><td>Solana (Bélgica)</td><td>chapa de acero inoxidable 304, espesor: 0,5 mm</td><td>Utilizado como colector de corriente para el electrodo de referencia</td></tr><tr><td></td><td>Bio-Logic (Francia)</td><td>A-012167 RE-1B</td><td></td></tr><tr><td>Potenciostato (VSP Multipotenciostat)&nbsp;</td><td>Bio-Logic (Francia)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EC Lab</td><td>Bio-Logic (Francia)</td><td></td><td>software para realizar mediciones electroquímicas</td></tr><tr><td>Membrana de intercambio catiónico</td><td>Membranes International (EE. UU.)</td><td>Ultrex CMI-7000</td><td>Pretratado según las instrucciones del fabricante</td></tr><tr><td>Malla promotora de turbulencia</td><td>ElectroCell Europe A/S (Tarm, Dinamarca)</td><td>EPC20432-PP-2</td><td>material espaciador, 110 mm x 110 mm</td></tr><tr><td>Conectores</td><td>Serto</td><td>1.281.161.120</td><td>Otros tamaños posibles, dependiendo del tipo de tubo y del tamaño de los orificios en los marcos</td></tr><tr><td>Tira y columna</td><td></td><td></td> de absorción <td>Diseño propio</td></tr><tr><td>Tubo</td><td>Masterflex</td><td>HV-06404-16</td><td></td></tr><tr><td>Bolsa de gas</td><td>Keika Ventures</td><td></td><td>Bolsa de gas Kynar con válvula Roberts</td></tr><tr><td>Anillos Rashig Glasatelier</td><td>Saillart ( Bélgica)</td><td>Anillos Raschig 4 x 4 mm</td><td>Coloque dentro de la tira y la columna de absorción para mejorar el contacto aire/líquido. Disponible con muchos proveedores</td></tr><tr><td>Lámina</td><td></td><td></td> de caucho <td>Cortado a medida en los marcos de metacrilato</td></tr><tr><td>Marcos de reactores de metacrilato</td><td>Vlaeminck, Beernem</td><td></td><td>Diseño interno, consulte la pestaña "marcos de reactores" en este archivo</td></tr></tbody></table>

recuperación de amonio electroquímicamente y bioelectrochemically inducido

Electrochemically and Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery

Los arroyos como la orina y el estiércol pueden contener altos niveles de amonio, que podría recuperarse para su reutilización en la agricultura o la química. La extracción de amonio de una corriente rica en amonio se demuestra mediante un sistema electroquímico y un sistema bioelectroquímico. Ambos sistemas están controlados por un potenciostato para fijar la corriente (para la celda electroquímica) o para fijar el potencial del electrodo de trabajo (para la celda bioelectroquímica). En la celda bioelectroquímica, las bacterias electroactivas catalizan la reacción anódica, mientras que en la celda electroquímica el potenciostato aplica un voltaje más alto para producir una corriente. La restauración actual y consecuente del equilibrio de carga a través de la celda permite el transporte de cationes, como el amonio, a través de una membrana de intercambio catiónico desde el anolito hasta el catolito. El alto pH del catolito conduce a la formación de amoníaco, que puede extraerse del medio y capturarse en una solución ácida, lo que permite la recuperación de un nutriente valioso. El flujo de amonio a través de la membrana se caracteriza a diferentes concentraciones y corrientes de amonio anolito para los sistemas de reactores abióticos y bióticos. Ambos sistemas se comparan en función de la eficiencia actual y de eliminación del amonio, así como de la entrada de energía necesaria para impulsar la transferencia de amonio a través de la membrana de intercambio catiónico. Finalmente, se realiza un análisis comparativo considerando aspectos clave como la confiabilidad, el costo del electrodo y la tasa.
Este videoartículo y protocolo proporcionan la información necesaria para realizar experimentos electroquímicos y bioelectroquímicos de recuperación de amoníaco. Se explica la configuración del reactor para los dos casos, así como el funcionamiento del reactor. Profundizamos en el análisis de datos para ambos tipos de reactores y en las ventajas y desventajas de los sistemas bioelectroquímicos y electroquímicos.

Cronoamperometría resulta de la biorreactor Los resultados cronoamperometría, calculado según la Ecuación 1, muestran una gráfica típica para un reactor continuo (Figura 4). Al comienzo del experimento, el ánodo y el cátodo fueron operados en el modo de recirculación. Esto permite que un biofilm para desarrollar y el inicio de la producción actual. Después de 5 días de operación, la densidad de corriente alcanzó un máximo, seguido por una disminución en la p...

Demostramos la extracción de amonio de una corriente rica en amonio utilizando un sistema electroquímico y otro bioelectroquímico. Se discute la configuración del reactor, la operación y el análisis de datos.

Recuperación de amonio electroquímicamente y Bioelectrochemically inducido

Streams such as urine and manure can contain high levels of ammonium, which could be recovered for reuse in agriculture or chemistry. The extraction of ...

El objetivo general del siguiente experimento es investigar la recuperación de nutrientes de corrientes ricas en nitrógeno utilizando un enfoque electroquímico o bioelectroquímico. El primer enfoque se logra haciendo pasar la corriente a través de un sistema electroquímico, que después de la oxidación del agua crea una fuerza impulsora que se puede usar para fundir amonio de carga desde el lado del ánodo a través de una membrana de intercambio iónico hasta el lado del cátodo. Como segundo paso, el alto pH en el lado del cátodo da como resultado la conversión de amonio en amoníaco volátil.El alto nivel de selectividad de la membrana de intercambio iónico permite la creación de una corriente de hidrógeno amoniacal puro. A continuación, el cáho se hace circular a través de una columna de extracción y absorción con el fin de atrapar el amoníaco en un medio ácido. La extracción electroquímica también puede ser impulsada por procesos bioelectroquímicos, donde el desarrollo de una biopelícula en el ánodo permite la conversión de los compuestos orgánicos presentes en el flujo de desechos en dióxido de carbono, protones y electrones.Esto, de nuevo, impulsará un flujo de amonio desde el ánodo hasta el cátodo. Los resultados muestran que ambos enfoques pueden recuperar nutrientes de corrientes ricas en nitrógeno, como la orina. El enfoque convencional de desnitrificación y desnitrificación en el tratamiento de aguas residuales toma el amoníaco de las aguas residuales y lo convierte en gas nitrógeno, que regresa a la atmósfera, por lo que perdemos el nitrógeno.La ventaja de nuestro enfoque es que tomamos el amoníaco y lo recuperamos en una forma limpia para poder hacer algo con él. Podemos reutilizarlo o convertirlo en otro producto. Una segunda ventaja de nuestro enfoque es que utilizamos la electricidad como conductor.Es esencialmente una fuente de energía limpia y barata, y evita el uso de productos químicos. Los encargados de demostrar el procedimiento serán Sylvia Hilde Bain y Steven Anderson. Ambos estudiantes de doctorado de mi laboratorio antes de comenzar este procedimiento recolectan todo el material necesario para construir el reactor, incluidos los electrodos, los marcos y las gomas.Después de asegurarse de que la membrana esté pretratada de acuerdo con las instrucciones del fabricante, trate previamente el electrodo de fieltro de carbono sumergiéndolo en dos milimolares de bromuro de acetil trimetilo amonio, o A-C-T-A-B durante tres minutos. A continuación, enjuague el electrodo de fieltro de carbono con agua desmineralizada. A continuación, apile las diferentes partes del reactor en orden según el tipo de reactor.A continuación, apile las piezas del reactor para la celda electroquímica. Use tuercas y pernos para cerrar el reactor y apriete a mano los pernos en lados opuestos para igualar la presión. Selle los puertos de conexión del reactor con teflón.Asegúrese de que el puerto esté bien apretado. Coloque el electrodo de referencia en el mismo compartimento que el electrodo de trabajo. A continuación, llene el reactor con agua para comprobar si está libre de fugas.Si se observan fugas, verifique si los pernos están lo suficientemente apretados o si una de las partes del reactor se movió mientras ensambla el reactor. Si no se detectan fugas, vacíe el agua del reactor. Conecte las bombas de alimentación y recirculación al reactor y la bomba de aire a las unidades de extracción y absorción.Llene la columna de absorción con 250 mililitros de ácido sulfúrico molar para cubrir los anillos che. Asegúrese de que la corriente de aire mezcle bien el ácido cuando se encienda la bomba. Después de preparar el analito y las soluciones de catalito, enjuague el analito purgándolo con gas nitrógeno durante al menos 30 minutos para eliminar el oxígeno.Para el inóculo, prepare una mezcla de 30 mililitros de efluencia de biorreactores anaeróbicos activos, incluido un bioánodo. Recoja la mezcla en una jeringa. A continuación, conecte una bolsa de gas llena de nitrógeno a la botella de analito.Con el fin de mantener la presión estable sin permitir la entrada de oxígeno. Mezcle la fuente de inóculo con el volumen de analito vaciando la jeringa con inóculo en el frasco mediano utilizando una jeringa, llene los compartimentos del ánodo y del cátodo simultáneamente con sus respectivas soluciones. Cuando ambos compartimentos del reactor estén llenos, encienda la bomba de recirculación a una velocidad de recirculación de aproximadamente seis litros por hora.A continuación, conecte el cable de estado de potencial con tres electrodos utilizando el ánodo como electrodo de trabajo. Encienda la estadística potencial en el modo de cronoaberrometría. Usando el software de estadísticas de potenciales, seleccione un potencial de ánodo fijo de menos 200 milivoltios frente al electrodo de referencia de plata, cloruro de plata para cambiar a alimentación continua.Conecte la bomba de alimentación para el ánodo y el cátodo en una residencia hidráulica. Tiempo de seis horas para encender la bomba de aire de la tira y la unidad de absorción. A continuación, recircule el aire en un circuito cerrado.Refresque el medio tres veces por semana con analito y catalito frescos como se describe en el texto. Conecte una bolsa de gas llena de nitrógeno a la botella de alimentación cerrada. Detenga la bomba de alimentación y coloque una abrazadera en la línea de efluentes.A continuación, cambie las botellas viejas y nuevas. Retire las abrazaderas y reinicie la bomba cada vez que se actualice la alimentación. Extraer muestras líquidas de cinco mililitros del efluente y del efluente del analito y el catalito para medir la conductividad, el contenido de acetato de pH y la concentración de amonio.Además, retire una muestra de tres mililitros de la columna de absorción para controlar el pH y para el análisis de nitrógeno amoniacal total o bronceado. Cuando el pH se acerque a cuatro, reemplace el absorbente AB con una solución fresca de ácido sulfúrico molar para garantizar una alta eficiencia de absorción. Si la estabilización de la corriente no es causada por limitaciones de acetato, aumente la concentración de amonio en la alimentación y espere la estabilización de la corriente.Con el fin de evaluar la eficiencia de la extracción para la extracción electroquímica, prepare una corriente de aguas residuales sintéticas como analito de acuerdo con la siguiente tabla. Agregue sulfato de amonio para alcanzar una concentración final de cinco gramos de nitrógeno por litro. Después de este interruptor en la bomba de alimentación para llenar los compartimentos del reactor, reduzca la velocidad de la bomba para obtener un tiempo de residencia hidráulica de seis horas.Una vez que el reactor esté lleno, como antes, encienda la bomba de recirculación a una velocidad de seis litros por hora. A continuación, retire una muestra de cinco mililitros de la unidad de absorción y tira. Encienda la estadística potencial en el modo de cronometría utilizando el software de estadísticas potenciales.En primer lugar, aplique una densidad de corriente baja de aproximadamente 0,5 NPI por metro cuadrado durante 24 horas para polarizar la membrana y determinar el flujo de nitrógeno debido solo a la difusión. Cuando el sistema haya estado polarizado durante 24 horas, aplique la densidad de corriente necesaria para el experimento, que generalmente oscila entre 10 amperios por metro cuadrado y 50 amperios por metro cuadrado. Una vez que el reactor haya alcanzado el estado estacionario, tome al menos tres muestras de cinco mililitros durante un período de tiempo del ánodo y el efluente del cátodo, así como de la columna de absorción.Los resultados del cronoporómetro muestran un gráfico típico para un reactor continuo. El cambio a la operación continua en el día seis resultó en un aumento continuo en la producción de corriente hasta que se alcanzó una meseta de 3,5 amperios por metro cuadrado entre el día 12 y el día 16. La influencia de la temperatura diurna y nocturna en la producción actual es claramente visible.Por ejemplo, del día 42 al 46, la concentración de amonio en el alimento se incrementó en varios pasos. El aumento de corriente estuvo relacionado con un aumento de la conductividad de la alimentación del ánodo en el que la adición de bicarbonato de amonio aumentó la concentración de iones y, por lo tanto, la conductividad. El voltaje de la celda para el sistema electroquímico es más alto que para el biorreactor.Esto se debe principalmente al mayor potencial de ánodo requerido para la oxidación electroquímica del agua a oxígeno. El flujo de nitrógeno para el biorreactor es mayor que el sistema electroquímico. Esto puede explicarse por la menor alcalinidad de la alimentación del sistema electroquímico, lo que resulta en un pH analítico más bajo.Esto dio lugar a una mayor competencia entre el amonio y los protones para restaurar el equilibrio de carga sobre la membrana. Esta técnica ahora allana el camino para que los ingenieros ambientales exploren la recuperación electroquímica biológica y no biológica de especies cargadas a partir de flujos de desechos, como el estado de digestión anaeróbica. Más específicamente aquí, hemos demostrado que un enfoque biológico tiene una entrada de energía más baja, pero puede sufrir de una robustez algo menor y un tiempo de inicio más largo.Es posible que el enfoque puramente electroquímico solo brinde esa robustez, pero tendrá un costo algo mayor. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo configurar un sistema bioquímico para la recuperación de amonio de las aguas residuales. Debería ser capaz de construir una célula bioquímica robusta y sin fugas, y le quitarían una unidad de absorción para recuperar el amoníaco.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

Fuente: Okamoto, A., et al. Instalación electroquímica autónoma para enriquecer bacterias que respiran ánodos in situ. J. Vis. Exp. (2018)Este vídeo demuestra el uso de un sistema electroquímico in situ para enriquecer bacterias que respiran ánodos (ARB) a partir de reservorios naturales. Se establece un gradiente redox colocando el ánodo en aguas profundas libres de oxígeno y el cátodo en aguas superficiales ricas en oxígeno. Los ARB forman biopelículas y transfieren electrones al ánodo, que...

Enriquecimiento de bacterias que respiran ánodos mediante un sistema electroquímico in situ

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Aquí se describen los procedimientos de plasma mayor deposición de vapor químico de perfluoroalcanos sobre materiales microporosos tales como armazones organometálicos para mejorar su estabilidad y la hidrofobicidad. Además, las pruebas de penetración de cantidades de miligramos de muestras se describe en detalle.

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Se presenta un protocolo para la medición de conductividad eléctrica de biofilms microbianos vivos en condiciones fisiológicamente relevantes.

Caracterizar el transporte de electrones a través de Biofilms de vida

Amoníaco puede ser sintetizado a baja presión con un catalizador convencional y un absorbente selectivo de amoníaco.

Síntesis del amoníaco a baja presión

Aquí presentamos un protocolo de los experimentos electroquímicos celulares para estudiar la contribución del transporte de protones a la velocidad de transporte de electrones extracelular a través de los citocromos de la membrana externa de Shewanella oneidensis MR-1.

Electroquímico detección de deuterio cinético isótopo efecto en extracelular transporte de electrones en la Shewanella oneidensis MR-1

Técnicas de cultivo microbianas in situ del enriquecimiento o en situ pueden facilitar el aislamiento de difícil-a-cultura microbianos taxa, especialmente desde entornos de baja biomasa o geoquímicamente extremas. Aquí, describimos una configuración electroquímica sin utilizar una fuente de energía externa para enriquecer las cepas microbianas que son capaces de transporte de electrones extracelular (EET).

Preparación electroquímica autónomo para enriquecer bacterias respirando de ánodo en el sitio

Se proporciona en detalle una serie de métodos para determinar la tasa potencial de DNRA basada en 14análisis NH4+/15NH4+. NH4+ se convierte en N2O a través de varios pasos y se analiza utilizando cromatografía de gases cuadrúpedos-espectrometría de masas.

Medición de las tasas potenciales de reducción de nitrato disimilado a amonio basada en 14NH4+/15NH4+ Análisis a través de la conversión secuencial a N2O

Se demuestra la fabricación de un dispositivo de electrodiálisis inversa utilizando una membrana de intercambio catiónico (CEM) y membrana de intercambio aniónico (AEM) para la generación de energía.

Membranas de intercambio iónico para la fabricación de dispositivos de electrodiálisis inversa

Se determinó la estructura de la solución de RMN de un péptido modelo de metalochaperona con Cu (I), y se describe un protocolo detallado desde la preparación de la muestra y la recopilación de datos 1D y 2D hasta una estructura tridimensional.

Determinación de la estructura y coordinación de complejos péptido-metal mediante RMN 1D y 2D 1h

Aprende a recuperar amonio de corrientes ricas en nitrógeno mediante sistemas electroquímicos y bioelectroquímicos con membranas de intercambio iónico. Este método permite obtener amoníaco puro para reutilización agrícola.

Recuperación de amonio electroquímicamente y Bioelectrochemically inducido

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