Μελέτη τροποποιημένων μεταλλικών επιφανειών ως ηλεκτρόδια σε μικροβιακές κυψελίδες ηλεκτρόλυσης

Κουτσουμπού, Παναγιώτα; Koutsoumpou, Panagiota

dc.contributor.author	Κουτσουμπού, Παναγιώτα
dc.contributor.author	Koutsoumpou, Panagiota	en
dc.date.accessioned	2025-01-20T10:33:38Z
dc.date.available	2025-01-20T10:33:38Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60878
dc.rights	Default License
dc.subject	Πράσινη Παραγωγή Υδρογόνου	el
dc.subject	Τροποποιημένες επιφάνειες καθοδικών ηλεκτροδίων	el
dc.subject	Green Hydrogen Production	en
dc.subject	Microbial Electrolytic Cells	en
dc.title	Μελέτη τροποποιημένων μεταλλικών επιφανειών ως ηλεκτρόδια σε μικροβιακές κυψελίδες ηλεκτρόλυσης	el
dc.title	Study of modified metal surfaces as electrodes in microbial electrolyzer cells	en
dc.title	Study of modified metal surfaces as electrodes in microbial electrolyzer cells	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Παραγωγή Υδρογόνου	el
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.classification	Πράσινο Υδρογόνο	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-12
heal.abstract	Οι ολοένα αυξανόμενες ανησυχίες για την περιβαλλοντική ρύπανση και συγκεκριμένα για τις εκπομπές CO2, έχουν οδηγήσει σε μια εντεινόμενη ανάγκη για πιο βιώσιμες λύσεις. Το υδρογόνο μπορεί να προσφέρει μια λύση στο πρόβλημα της διακοπτόμενης φύσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στην παρούσα διπλωματική, διερευνάται μια συγκριτικά νέα μέθοδος παραγωγής υδρογόνου, τα Μικροβιακά Ηλεκτρολυτικά Κελιά (MECs). Πιο συγκεκριμένα, λόγω του σημαντικού ρόλου που διαδραματίζει το ηλεκτρόδιο της καθόδου στην αντίδραση εξέλιξης του υδρογόνου (Hydrogen Evolution Reaction- HER), μεγαλύτερη έμφαση ανάμεσα στα πειράματα που διεξάγονται, δίνεται στην ενίσχυση της παραγωγής υδρογόνου μέσω της τροποποίησης των ηλεκτροδίων της καθόδου και η αξιολόγηση της απόδοσής τους. Η πειραματική διαδικασία χωρίζεται σε δύο κύριες ενότητες. Η πρώτη είναι η τροποποίηση και η ανάλυση των καθοδικών ηλεκτροδίων και η δεύτερη είναι η λειτουργία και η ανάλυση των αποτελεσμάτων του μικροβιακού ηλεκτρολυτικού κελιού. Αρχικά, η τροποποίηση των καθόδων από ανοξείδωτο χάλυβα επιτεύχθηκε με τεχνική αμμοβολής χρησιμοποιώντας διάφορα μεγέθη κόκκων (3 διαφορετικά) οξειδίου του αργιλίου (Al2O3), υπό τις ίδιες συνθήκες. Στη συνέχεια, η επιφάνεια των τροποποιημένων καθόδων από ανοξείδωτο χάλυβα μελετήθηκε με τη χρήση τεχνικών ανάλυσης επιφανειών, συγκεκριμένα με τη χρήση προφιλομετρίας και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM), για τον χαρακτηρισμό των επιφανειακών τροποποιήσεων. Στη δεύτερη ενότητα, μελετάται η λειτουργία του MEC, όπου και λαμβάνει χώρα η παραγωγή υδρογόνου, και η αναλύονται τα αποτελέσματα της λειτουργίας του, η παραγωγή του υδρογόνου, μέσω της αέριας χρωματογραφίας. Επιπλέον, οι ηλεκτροχημικές αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν στον αντιδραστήρα μετρώνται μέσω ενός ποτενσιοστάτη. Τέλος, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μεγαλύτερη επιφανειακή τραχύτητα παρουσιάστηκε από την κάθοδο που αμμοβολήθηκε με τον "μεσαίου" μεγέθους κόκκο (F120), γεγονός που αποδείχθηκε στη συνέχεια από την απεικόνιση SEM όπου οι ασυνέχειες ήταν πολύ πιο ορατές σε σύγκριση με τις καθόδους που αμμοβολήθηκαν με τους μικρότερους (F220) ή τους μεγαλύτερους κόκκους άμμου (F80). Από την άλλη πλευρά, τα αποτελέσματα του MEC έδειξαν ότι η υψηλότερη παραγωγή υδρογόνου επιτεύχθηκε όταν χρησιμοποιήθηκε η κάθοδος που αμμοβολήθηκε με τον μικρότερο κόκκο (κάθοδος F220), η οποία είχε λιγότερες ασυνέπειες από την F120 και περισσότερες από την κάθοδο που αμμοβολήθηκε με τον μεγαλύτερο κόκκο (F80). Αυτό υποδηλώνει ότι η κάθοδος F220 παρουσιάζει τη βέλτιστη σύνθεση επιφάνειας και καταλυτικές ιδιότητες για να ευνοεί την παραγωγή υδρογόνου. Επιπλέον, διερευνήθηκε η βέλτιστη λειτουργία της MEC και αποδείχθηκε ο κρίσιμος ρόλος της μικροβιακής δραστηριότητας και της παρουσίας βιοφίλμ στην άνοδο. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι η απομάκρυνση της ιλύος από το διάλυμα αποτρέπει τη μεθανογένεση, εξασφαλίζοντας τη μεγιστοποίηση της παραγωγής υδρογόνου. Τα αποτελέσματα της αέριας χρωματογραφίας έδειξαν αξιοσημείωτη αύξηση της παραγωγής υδρογόνου όταν η αντίδραση γινόταν σε περιβάλλον CO₂. Η αυξημένη επιφάνεια (συγκριτικά με την ανεπεξέργαστη επιφάνεια ανοξείδωτου χάλυβα) και οι περισσότερες ενεργές θέσεις που προέκυψαν από την αμμοβολή διευκόλυναν τη μεγαλύτερη μικροβιακή δραστηριότητα και την αποτελεσματικότερη μεταφορά ηλεκτρονίων, ενισχύοντας τελικά την παραγωγή υδρογόνου. Συμπερασματικά, ορισμένες συστάσεις για περαιτέρω έρευνα θα ήταν η πρόσθετη επιφανειακή ανάλυση των καθόδων, με τη χρήση φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) και μικροσκοπίας ατομικής δύναμης (AFM) για λεπτομερή ανάλυση των επιφανειών των καθόδων. Τέλος, προτείνεται επίσης η ανάλυση φασματοσκοπίας σύνθετης αντίστασης για την περαιτέρω κατανόηση της αντίστασης που συναντάται κατά τη μεταφορά ηλεκτρονίων. Λέξεις Κλειδιά: Μικροβιακά Ηλεκτρολυτικά Κελιά (MECs), Αντίδραση Εξέλιξης Υδρογόνου (HER), τροποποίηση καθοδικού ηλεκτροδίου, τεχνικές αμμοβολής, τραχύτητα επιφάνειας, ηλεκτροχημική ανάλυση, αέρια χρωματογραφία (GC), καθοδικά ηλεκτρόδια από ανοξείδωτο χάλυβα, παραγωγή βιοϋδρογόνου.	el
heal.advisorName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Ανόργανων Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	74 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false