Name: Elektrochemisch en Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-01-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 50 s
Description: Leer elektrochemische en bio-elektrochemische methoden voor ammoniumterugwinning uit stikstofrijke afvalstromen. Dit protocol toont hoe ionenwisselingsmembranen en reactoropstellingen efficiënte nutriëntrecycling mogelijk maken.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door de BOF-subsidie voor SG van de Universiteit Gent. AL wordt ondersteund door de Rutgers University NSF Fuels-IGERT. SA wordt ondersteund door het project “ProEthanol 2G” van het Europees Kaderprogramma 7. SA en KR worden ondersteund door het Multidisciplinair Onderzoekspartnerschap (MRP) van de Universiteit Gent - Biotechnologie voor een duurzame economie (01 MRA 510W). JD wordt ondersteund door een IOF Advanced-subsidie (F2012/IOF-Advanced/094). KR wordt ondersteund door de ERC Starter Grant “Electrotalk”. De auteurs danken Tim Lacoere voor het ontwerpen van de TOC-kunstfiguur, Robin Declerck voor het bouwen van de strip- en absorptiekolommen en Kun Guo voor het leveren van de inoculumbron.

<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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dit manuscript biedt de noodzakelijke gereedschappen voor het opzetten van een bioelektrische en een elektrochemische cel voor ammonium herstel. De in de resultaten sectie berekeningen vormen de parameters voor de evaluatie van de prestaties van het systeem. De biologische en elektrochemische systemen qua opzet en functie. Het belangrijkste verschil tussen de twee systemen is de keuze van een vaste stroom van de elektrochemische cel versus vaste anode potentieel voor de bioelektrische setup. De vaste stroom van de abiot...

Herstel van waardevolle producten uit afvalwater belang wint als waardevolle middelen schaars worden en de behandeling zonder herstel vertegenwoordigt slechts een kostenpost. Afvalwater bevat zowel de energie en voedingsstoffen die kunnen worden hersteld, en het herstel van voedingsstoffen kan helpen om de productie lus 1 sluiten. Terugwinning van energie door anaerobe vergisting is een gevestigde proces, terwijl het herstel van voedingsstoffen komt minder vaak voor. Terugwinnen van nutriënten uit vloeibare afvalstromen, zoals urine en mest wijd onderzocht, bijvoorbeeld door de productie van struviet en directe strippen van ammoniak 2,3. Echter, de noodzaak van chemische toevoeging is een nadeel van deze processen 4. Hier presenteren we een techniek voor het herstel van kationische voedingsstoffen uit afvalstromen, met inbegrip van zowel kalium en ammonium. De kationische vorm van deze voedingsstoffen toont het vinden middels een ionen selectief membraan in een elektrochemische systeem. In dit geval, de electrochemieAl bestaat uit een anodekamer (waar oxidatie plaatsvindt), een kathodekamer (wanneer reductie plaatsvindt) en een ion selectief membraan naar de compartimenten te scheiden. Een spanning wordt aangelegd over de cel een stroom van anode naar kathode produceren. Deze spanning kan worden opgewekt door een externe stroombron om water oxidatie- en reductiereacties rijden. Ook de anodische oxidatie, bijvoorbeeld van organische kan worden gekatalyseerd door elektro bacteriën, minder stroom nodig. Om het circuit te sluiten en onderhouden van de lading balans, moet een geladen soorten migreren tussen de elektroden voor elk elektron gegenereerd. Ammonium vervoer van het anodekamer naar de kathode kamer over een kationenwisselingsmembraan (CEM) kan dus compenseren de flux van elektronen 4,5. De hier gepresenteerde techniek verwijdert niet alleen ammonium uit afvalstromen, maar maakt ook haar herstel. Totaal ammoniak stikstof (TAN) bestaat in evenwicht van beide Ammonium (NH4 +) en ammoniak (NH3), en is afhankelijk van pH en temperatuur 6. NH4 + is overvloedig beschikbaar vanwege hoge TAN concentratie en bijna neutrale pH in de anodekamer en deze positief geladen soorten kunnen daarom worden aangedreven door de stroom over de CEM in de kathodekamer. De huidige drijft de reductie van water aan de kathode, leidt tot de productie van hydroxide-ionen en waterstofgas. De TAN evenwicht naar bijna 100% NH3 door de hoge pH in de kathodekamer (&gt; 10.0). NH3 is een gas dat gemakkelijk kan worden overgedragen via luchtcirculatie van de stripeenheid naar de absorptiekolom waar het wordt opgesloten en geconcentreerd in een zure oplossing. Deze technologie heeft het potentieel om toxiciteit ammonium afnemen in anaerobe vergisting van N-rijke stromen bijvoorbeeld mest, waardoor de terugwinning van energie uit deze afvalstromen, terwijl tegelijkertijdherstellende voedingsstoffen 4. Elektrochemische en bioelektrische winning van ammonium kan ook toegepast worden als voedingsstof wintechniek op afvalstromen met een hoog TAN gehalte zoals urine waardoor de kosten voor de verwijdering van nutriënten te vermijden bij een RWZI 7. De hier gepresenteerde protocol kan als basis dienen voor veel verschillende elektrochemische en bioelektrische experimenten, zoals we modulaire reactor. Verschillende types elektroden, membranen en het frame diktes kunnen worden gecombineerd zoals in de onderstaande protocol. Het voornaamste doel van het protocol is een middel voor het vergelijken van elektrochemische ammonium herstel en bio-elektrochemische ammonium herstel met een elektrolysecel verschaffen. De systemen worden geëvalueerd in termen van extractie-efficiëntie, het vermogen en reproduceerbaarheid.

<table><tbody><tr><td>Carbon Felt 3,18 mm Dik</td><td>Alfa Aesar</td><td>ALFA43199</td><td>Gebruikt als bioanode, 110&nbsp;mm x 110&nbsp;mm</td></tr><tr><td>Ti-elektrode bedekt met Ir MMO&nbsp;</td><td>Magneto Special Anodes (The Netherlands)</td><td></td><td>Gebruikt als stabiele anode voor elektrochemische tests</td></tr><tr><td>Roestvrijstalen gaas</td><td>Solana (Belgium)</td><td>RVS 554/64: materiaal AISI 316L, maaswijdte: 564 micron, draaddikte: 140 micron, maasnummer: 36,6</td><td>Gebruikt als kathode, 110&nbsp;mm x 110&nbsp;mm</td></tr><tr><td>Roestvrijstalen plaat</td><td>Solana (Belgium)</td><td>inox 304 plaat, dikte: 0,5 mm</td><td>Gebruikt als stroomcollector voor de bioanode</td></tr><tr><td>Ag/AgCl Referentie-elektrode</td><td>Bio-Logic (France)</td><td>A-012167 RE-1B</td><td></td></tr><tr><td>Potentiostaat (VSP Multipotentiostaat)&nbsp;</td><td>Bio-Logic (France)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EC Lab</td><td>Bio-Logic (France)</td><td></td><td>software voor het uitvoeren van elektrochemische metingen</td></tr><tr><td>Kationenuitwisselingsmembraan</td><td>Membranes International (USA)</td><td>Ultrex CMI-7000</td><td>Voorbereidt volgens de instructies van de fabrikant</td></tr><tr><td>Turbulentiepromotor gaas</td><td>ElectroCell Europe A/S (Tarm, Denmark)</td><td>EPC20432-PP-2</td><td>Spacer materiaal, 110 mm x 110 mm</td></tr><tr><td>Connectoren</td><td>Serto</td><td>1,281,161,120</td><td>Andere maten mogelijk, afhankelijk van het type slang en de grootte van de gaten in de frames</td></tr><tr><td>Strip en absorptiekolom</td><td></td><td></td><td>In-house ontwerp</td></tr><tr><td>Slang</td><td>Masterflex</td><td>HV-06404-16</td><td></td></tr><tr><td>Gaszak</td><td>Keika Ventures</td><td></td><td>Kynar gaszak met Roberts klep</td></tr><tr><td>Rashig-ringen</td><td>Glasatelier Saillart (Belgium)</td><td>Raschig-ringen 4 x 4 mm</td><td>Geplaatst in de strip en absorptiekolom om de lucht/vloeistof-contact te verbeteren. Beschikbaar bij veel leveranciers</td></tr><tr><td>Rubberstrook</td><td></td><td></td><td>Op maat gesneden om op de perspex frames te passen</td></tr><tr><td>Perspex reactor frames</td><td>Vlaeminck, Beernem</td><td></td><td>In-house ontwerp, zie tabblad "reactor frames" in dit bestand</td></tr></tbody></table>

elektrochemisch en bioelectrochemically induced ammonium recovery

Electrochemically and Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery

Stromen zoals urine en mest kunnen hoge niveaus van ammonium bevatten, die kunnen worden teruggewonnen voor hergebruik in de landbouw of chemie. De extractie van ammonium uit een ammoniumrijke stroom wordt gedemonstreerd met behulp van een elektrochemisch en een bio-elektrochemisch systeem. Beide systemen worden bestuurd door een potentiostaat om de stroom vast te stellen (voor de elektrochemische cel) of het potentieel van de werkelektrode vast te stellen (voor de bio-elektrochemische cel). In de bio-elektrochemische cel katalyseren elektroactieve bacteriën de anodisc reactie, terwijl in de elektrochemische cel de potentiostaat een hogere spanning toepast om een stroom te produceren. De stroom en de daaruit voortvloeiende herstelling van de ladingsbalans over de cel maken het transport van kationen, zoals ammonium, mogelijk door een kationenuitwisselingsmembraan van de anoliet naar de katholiet. De hoge pH van de katholiet leidt tot de vorming van ammoniak, dat uit het medium kan worden afgetrokken en in een zure oplossing kan worden opgevangen, waardoor de herwinning van een waardevolle voedingsstof mogelijk wordt. De flux van ammonium door het membraan wordt gekarakteriseerd bij verschillende ammoniumconcentraties in de anoliet en stromingen voor zowel de abiotische als biotische reactorsystemen. Beide systemen worden vergeleken op basis van stroom en verwijderingsefficiënties voor ammonium, evenals de energie-invoer die nodig is om de ammoniumoverdracht door het kationenuitwisselingsmembraan aan te drijven. Ten slotte wordt een vergelijkende analyse gemaakt met betrekking tot belangrijke aspecten zoals betrouwbaarheid, elektrodekosten en snelheid.
Dit videoartikel en protocol bieden de nodige informatie om elektrochemische en bio-elektrochemische ammoniak herwinning experimenten uit te voeren. De reactoropstelling voor de twee gevallen wordt uitgelegd, evenals de reactorwerking. We gaan in op de gegevensanalyse voor beide reactortypen en op de voor- en nadelen van bio-elektrochemische en elektrochemische systemen.

Chronoamperometry gevolg van de bioreactor De chronoamperometry resultaten, berekend volgens vergelijking 1, vertonen een typische grafiek voor een continue reactor (figuur 4). Bij aanvang van het experiment, de anode en kathode werden in de recirculatiestand. Hierdoor kan een biofilm te ontwikkelen en het begin van de lopende productie. Na 5 dagen in bedrijf, de stroomdichtheid een maximum bereikte, gevolgd door een afname in de lopende productie. Dit is ee...

We demonstreren de extractie van ammonium uit een ammonium-rijke stroom met behulp van een elektrochemisch en een bio-elektrochemisch systeem. De reactoropstelling, werking en gegevensanalyse worden besproken.

Elektrochemisch en Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery

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 ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om de herstel van nutriënten uit stikstofrijke stromen te onderzoeken met behulp van een elektrochemische of bio-elektrochemische benadering. De eerste benadering wordt bereikt door de stroom door een elektrochemisch systeem te laten gaan, dat na oxidatie van water een aandrijvende kracht creëert die kan worden gebruikt om ammonium van de anodekant over een ionenuitwisselingsmembraan naar de kathodekant te transporteren. Als tweede stap resulteert de hoge pH aan de kathodekant in de omzetting van ammonium in vluchtige ammoniak.De hoge selectiviteit van het ionenuitwisselingsmembraan maakt de creatie van een zuivere ammoniak-waterstofstroom mogelijk. Vervolgens wordt de catho gecirculeerd door een strip- en absorptiekolom om de ammoniak in een zuur medium te vangen. De elektrochemische extractie kan ook worden aangedreven door bio-elektrochemische processen, waarbij de ontwikkeling van een biofilm op de anode de omzetting van organisch materiaal aanwezig in de afvalstroom in kooldioxide, protonen en elektronen mogelijk maakt.Dit zal opnieuw een flux van ammonium van de anode naar de kathode veroorzaken. De resultaten tonen aan dat beide benaderingen nutriënten kunnen herstellen uit stikstofrijke stromen zoals urine. De conventionele nitrificatie-denitrificatie-aanpak bij afvalwaterbehandeling haalt de ammoniak uit het afvalwater en verandert het in stikstofgas, dat weer terugkeert in de atmosfeer, dus we verliezen het stikstof.Het voordeel van onze benadering is dat we de ammoniak nemen en deze in een schone vorm herstellen, zodat we er iets mee kunnen doen. We kunnen het hergebruiken of omzetten in een ander product. Een tweede voordeel van onze benadering is dat we elektriciteit als aandrijver gebruiken.Het is in wezen een schone en goedkope energiebron en het vermijdt het gebruik van chemicaliën. Het demonstreren van de procedure zal Sylvia Hilde Bain en Steven Anderson zijn. Beide promovendi uit mijn lab. Voordat u met deze procedure begint, verzamelt u al het nodige materiaal om de reactor te bouwen, inclusief de elektroden, frames en rubbers.Nadat u ervoor hebt gezorgd dat de membraan is voorbehandeld volgens de instructies van de fabrikant, behandel de koolstofviltelektrode door deze drie minuten in twee millimolair acetyltrimethylammoniumbromide of A-C-T-A-B te weken. Spoel vervolgens de koolstofviltelektrode met gedemineraliseerd water. Daarna stapel de verschillende reactoronderdelen in volgorde volgens het type reactor.Stapel vervolgens de reactoronderdelen voor de elektrochemische cel. Gebruik moeren en bouten om de reactor te sluiten en draai de bouten aan tegenoverliggende zijden met de hand vast om de druk gelijk te maken. Dicht de verbindingspoorten van de reactor af met Teflon.Zorg ervoor dat de poort goed is vastgedraaid. Plaats de referentie-elektrode in hetzelfde compartiment als de werkelektrode. Vul vervolgens de reactor met water om te testen of deze lekvrij is.Als er lekken worden waargenomen, controleer of de bouten voldoende zijn vastgedraaid of als een van de reactoronderdelen is verplaatst tijdens het samenstellen van de reactor. Als er geen lekken worden gedetecteerd, leegt u het water uit de reactor. Sluit de voedings- en recirculatiepompen aan op de reactor en de luchtpomp op de strip- en absorptie-eenheden.Vul de absorptiekolom met 250 milliliter eenmolaire zwavelzuur om de che-ringen te bedekken. Zorg ervoor dat de luchtstroom het zuur goed mengt wanneer de pomp wordt ingeschakeld. Nadat de analyt- en katalyt-oplossingen zijn voorbereid, spoelt u de analyt door deze gedurende ten minste 30 minuten met stikstofgas te purgen om zuurstof te verwijderen.Voor het inoculum bereidt u een 30 milliliter mengsel van effluent van actieve anaerobe bioreactoren voor, inclusief een bio-anode. Verzamel het mengsel in een spuit. Verbind vervolgens een gaszak gevuld met stikstof aan de analytfles.Om de druk stabiel te houden terwijl zuurstof niet binnen mag komen. Meng de inoculumbron met het volume van de analyt door de spuit met inoculum in de mediumfles te legen met behulp van een spuit. Vul de anode- en kathodecompartimenten tegelijkertijd met hun respectieve oplossingen. Wanneer beide reactorcompartimenten gevuld zijn, zet u de recirculatiepomp aan op een recirculatiesnelheid van ongeveer zes liter per uur.Verbind vervolgens de potentiostatkabel met drie elektroden met de anode als werkelektrode. Schakel de potentiostat in de chrono aberrometriemodus in. Gebruik de potentiostatsoftware om een vaste anodepotentiaal van negatief 200 millivolt ten opzichte van de zilver-zilverchloridereferentie-elektrode te selecteren om over te schakelen naar continu voeden.Schakel de voedingspomp voor de anode en kathode in bij een hydraulische verblijfstijd van zes uur. Schakel de luchtpomp van de strip- en absorptie-eenheid in. Hercirculeer vervolgens de lucht in een gesloten lus.Ververs het medium drie keer per week met vers analyt en katalyt zoals beschreven in de tekst. Bevestig een gaszak gevuld met stikstof aan de gesloten voedingsfles. Stop de voedingspomp en plaats een klem op de effluentleiding.Verwissel vervolgens de oude en nieuwe flessen. Verwijder de klemmen en start de pomp opnieuw wanneer het voedingsmiddel wordt ververst. Neem vijf milliliter vloeibare monsters van het effluent en effluent van de analyt en katalyt voor het meten van de geleidbaarheid, pH-acetaatinhoud en ammoniumconcentratie.Verwijder bovendien een monster van drie milliliter van de absorptiekolom om de pH te controleren en voor de analyse van totaal ammoniumstikstof of tan. Wanneer de pH vier nadert, vervangt u het AB-absorbens door verse eenmolaire zwavelzuuroplossing om een hoge absorptie-efficiëntie te garanderen. Als de stroomstabilisatie niet wordt veroorzaakt door acetaatbeperkingen, verhoogt u de ammoniumconcentratie in het voedingsmiddel en wacht u op stabilisatie van de stroom.Om de extractie-efficiënties voor elektrochemische extractie te beoordelen, bereidt u een synthetische afvalwaterstroom als analyt volgens de volgende tabel. Voeg ammoniumsulfaat toe om een eindconcentratie van vijf gram stikstof per liter te bereiken. Schakel vervolgens de voedingspomp in om de

electrochemically-and-bioelectrochemically-induced-ammonium-recovery

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Source: Okamoto, A., et al. Self-standing Electrochemical Set-up to Enrich Anode-respiring Bacteria On-site. J. Vis. Exp. (2018)This video demonstrates the use of an on-site electrochemical system to enrich anode-respiring bacteria (ARB) from natural reservoirs. A redox gradient is established by placing the anode in oxygen-free deep water and the cathode in oxygen-rich surface water. ARB form biofilms and transfer electrons to the anode, which flows to the cathode, where oxygen is reduced,...

Enrichment of Anode-Respiring Bacteria Using an On-Site Electrochemical System

Chronoamperometrische groei van anodisch elektroactieve microbiële biofilms in een fed-batch reactor met behulp van een drie-elektrode opstelling, gecontroleerd door een potentiostaat, wordt gedemonstreerd. De extracellulaire elektronenoverdracht wordt gekenmerkt door middel van cyclische voltammetrie in de aanwezigheid van de elektronendonor en in de afwezigheid van de elektronendonor. Fundamentele data-analyse wordt gedemonstreerd.

Afvalwater Afgeleide Elektroactieve Microbiële Biofilms: Groei, Onderhoud en Basis Karakterisering

Hierin worden de procedures voor Plasma-ondersteunde chemische damp depositie van perfluoralkanen op microporeuze materialen zoals metaal-organische frameworks om hun stabiliteit en hydrophobicity vergroten, worden beschreven. Verder wordt doorbraak testen van milligram hoeveelheden monsters beschreven.

Voorbereiding van hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen voor de verwijdering van ammoniak

Een protocol voor het meten van de elektrische geleiding van levende micro-organismen biofilms fysiologisch relevante voorwaarden wordt gepresenteerd.

Karakterisering van elektronentransport via levende Biofilms

Ammoniak kan gesynthetiseerd worden bij lage druk met behulp van een conventionele katalysator en een selectieve absorberende van ammoniak.

Synthese van ammoniak bij lage druk

Hier presenteren we een protocol van geheel-cel elektrochemische experimenten te bestuderen van de bijdrage van proton vervoer aan het tarief van extracellulaire elektronentransport via de buitenmembraan cytochromes complex in Shewanella oneidensis heer-1.

Elektrochemische detectie van Deuterium kinetisch-isotoopeffect op extracellulaire elektronentransport in Shewanella oneidensis heer-1

On-site microbiële verrijking of in situ -teelttechnieken kunnen het vergemakkelijken van het isolement van de microbiële taxa moeilijk-aan-cultuur, vooral uit laag-biomassa of geochemically extreme omgevingen. Hier beschrijven we een elektrochemische opstelling zonder gebruik te maken van een externe krachtbron te verrijken van microbiële stammen die kunnen extracellulaire elektronentransport (EET).

Zichzelf staande elektrochemische Set-up te verrijken Anode-respiring bacteriën ter plaatse

Een reeks methoden om de potentiële DNRA-snelheid te bepalen op basis van 14NH4+/15NH4+ analyses wordt in detail verstrekt. NH4+ wordt omgezet in N2O via verschillende stappen en geanalyseerd met behulp van quadrupole gaschromatografie-massaspectrometrie.

Meting van de potentiële tarieven van dissimilatorische nitraatreductie naar Ammonium op basis van 14NH4+/15NH4+ Analyses via sequentiële conversie naar N2O

We demonstreren de fabricage van een omgekeerd elektrodialyseapparaat met behulp van een kationenuitwisselingsmembraan (CEM) en anion-uitwisselingsmembraan (AEM) voor energieopwekking.

Ionenuitwisselingsmembranen voor de fabricage van omgekeerde elektrodialyse-apparaten

De NMR-oplossingsstructuur van een metallochaperone modelpeptide met Cu (I) werd bepaald, en een gedetailleerd protocol van monstersvoorbereiding en 1D en 2D dataverzameling tot een driedimensionale structuur wordt beschreven.

Structuur- en coördinatiebepaling van peptide-metaalcomplexen met behulp van 1D en 2D 1H NMR

Leer elektrochemische en bio-elektrochemische methoden voor ammoniumterugwinning uit stikstofrijke afvalstromen. Dit protocol toont hoe ionenwisselingsmembranen en reactoropstellingen efficiënte nutriëntrecycling mogelijk maken.

Elektrochemisch en Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery

Meer video's verkennen