Desenvolvimento de eletrodo para célula combustível microbiana a partir de celulose bacteriana/fibra de carbono/polianilina

Abstract

O desenvolvimento de novas fontes de energias renováveis tem fundamental importância nos dias atuais, que busca por alternativas sustentáveis para a redução dos combustíveis fósseis e dos seus impactos ambientais. Células combustíveis microbianas (CCM) são de grande interesse neste contexto, pois geram energia renovável, a partir de rejeitos de biomassa e detritos em geral. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de eletrodos para CCM constituídos de celulose bacteriana (CB), fibra de carbono (FC) e/ou polianilina (PANI). Para isto, foi produzido o nanocompósito CB/FC in situ, seguido da polimerização da polianilina (PANI) nas nanofibras de CB. Para a caracterização do eletrodo desenvolvido foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (DRX) e análise termogravimétrica (TG), onde foi observado que as amostras são amorfas, possuem nanoestruturas e houve formação de biofilme bacteriano, com estabilidade térmica apropriada para uso em uma CCM. A determinação da condutividade elétrica foi realizada através da medição da resistividade pelo método de duas pontas, demonstrando que os eletrodos apresentam condutividade na mesma ordem de grandeza. Parâmetros operacionais da CCM utilizando o eletrodo desenvolvido foram monitorados e controlados através da diferença de potencial. Os resultados obtidos sugerem que o nanocompósito de CB/FC/PANI possui grande potencial para uso como um eletrodo em CCM, uma vez que apresenta propriedades condutoras, bem como um microambiente favorável para o desenvolvimento de um biofilme microbiano.

Abstract : The development of new sources of renewable energies has fundamental importance nowadays, which seeks sustainable alternatives for the reduction of fossil fuels and their environmental impacts. Microbial Fuel Cells (MFC) are of great interest in this context, as they generate renewable energy, from waste of biomass and debris in general. The aim of this work was the development of electrodes for MFC composed of bacterial cellulose (BC), carbon fiber (CF) and/or polyaniline (PAN). For this purpose, the nanocomposite BC/CF was produced in situ, along with polyaniline polymerization (PAN) in the BC nanofibers. In order to characterize the produced electrode, Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD) and Thermogravimetric Analysis (TGA) analysis were carried out, where it was observed that samples were amorphous, have nanostructures, with formation of bacterial biofilms, presenting proper thermal stability for the use in MFCs. The electrical conductivity was determined by measuring the resistance using the two-point method. Operational parameters of the MFC using the developed electrode were monitored and controlled by the potential difference. The results obtained from the BC/CF/PAN nanocomposite demonstrate great potential for the use as an electrode in MFCs, as well as a microenvironment favorable to the development of a microbial biofilm.