康奈尔材料科学家和生物电化学工程师创造了一种新颖的、具有成本竞争力的电极材料,该电极材料可以用来清洁污水中的污染物。
研究人员首先创建了电纺的碳纳米纤维电极,并用被称为PEDOT的导电聚合物涂覆它们,以便与市场上的碳包覆电极竞争。当包覆PEDOT时,电活性层的细菌会自然生长产生电力并将电子转移到新电极。据研究表明,导电纳米纤维为这种细菌创造了有利的表面,这有利于从废水中分解污染物并产生电力。
该研究的共同作者,生物和环境工程领域的Juan Guzman博士说:“现如今,制造电极耗资巨大,而这种材料却可以使电极价格下降,从而更容易清理被污染的水。”
在显微镜下,碳纳米纤维电极的作用类似于厨房洗涤器。该研究的共同作者Meryem Pehlivaner和Margaret Frey一起制成了这一电极,Meryem Pehlivaner目前是东北大学的研究生,而Margaret Frey不仅是纤维科学教授,还是人类生态学院副院长。Pehlivaner通过静电纺丝和碳化工艺制造了碳纳米纤维。电纺丝几小时后,就能出现肉眼可见的厚纳米纤维片。
Pehlivaner与Guzman以及作为生物环境与工程教授的一位资深作者Lars Angenent合作,将碳纳米纤维电极同时应用于废水处理和电能生产。这种可定制的碳纳米纤维电极因为其高孔隙率、表面积大和与细菌的生物相容性等特点而被使用。根据研究人员的说法,通过包覆PEDOT,材料功能得到进一步改善。
Guzman 说,污水处理厂目前还没有采用这种方法。电极上的细菌可以大规模捕获和降解流过该区域的废水中的污染物。这种技术可以使污水处理系统占用较少的土地和增加污水处理量的方式来改善废水处理问题。
类似于这样的概念发生在老师和学生想要沟通协作的校园里。 Angenent说:“这给激进的合作下了一个定义。我们有来自康奈尔大学的两个不同领域的科学家,他们分别是纤维科学家与环境工程师,通过他们将想法赴诸于行动,这对于更好,更便宜的清洁废水,或多或少是一个希望”
“生物电化学系统导电聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)涂层电纺碳纳米纤维电极的性能研究”将于7月15日在“电源学报”上发表。