دانشگاه رازی

چکیده با توجه به افزایش بحران انرژی، آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی و همچنین نیاز روزافزون به تصفیه فاضلاب، سلول‌های سوختی میکروبی (MFCs) به عنوان یکی از سیستم‌های بیوالکتروشیمیایی مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته‌اند. این سیستم‌ها به دلیل توانایی تولید همزمان انرژی الکتریکی و تصفیه فاضلاب، به عنوان فناوری‌هایی پایدار و دوستدار محیط زیست شناخته می‌شوند. در این میان، غشاهای تبادل پروتون (PEMs) به عنوان یکی از اجزای کلیدی MFC نقش مهمی در انتقال پروتون، جلوگیری از عبور اکسیژن و بهبود عملکرد کلی سیستم ایفا می‌کنند؛ از این رو اصلاح و بهبود ویژگی‌های این غشاها از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر، از عصاره گیاه اکالیپتوس به عنوان یک افزودنی زیست‌پایه طبیعی برای اصلاح غشاهای پلی‌اتر سولفون سولفونه شده (SPES) استفاده شد. غشاهای اصلاح‌شده در سه درصد وزنی مختلف شامل 0.5، 1 و 1.5 درصد تهیه و عملکرد آن‌ها با غشای فاقد افزودنی مقایسه گردید. به منظور بررسی ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی غشاها، آنالیزهای مختلفی شامل FTIR، ATR-FTIR، SEM، جذب آب (WU)، زاویه تماس آب (WCA)، ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) و آنالیز اکسیژن محلول (DO) انجام شد. همچنین عملکرد الکتروشیمیایی غشاها از طریق بررسی منحنی‌های پلاریزاسیون، چگالی توان، چگالی جریان، راندمان حذف COD و بازده کولمبیک (CE) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که حضور عصاره اکالیپتوس در ساختار غشا موجب بهبود خواصی نظیر آب‌دوستی، ظرفیت تبادل یونی و کاهش عبور اکسیژن شد. همچنین تصاویر SEM بیانگر ایجاد ساختاری متراکم‌تر و یکنواخت‌تر در غشاهای اصلاح‌شده نسبت به غشای خام بودند. در میان تمامی غشاهای تهیه‌شده، غشای حاوی 1 درصد وزنی عصاره اکالیپتوس بهترین عملکرد را از خود نشان داد؛ به‌طوری‌که بیشترین چگالی توان و چگالی جریان به ترتیب برابر با 193.4 میلی‌وات بر متر مربع و 716.2 میلی‌آمپر بر متر مربع برای این غشا به‌دست آمد. علاوه بر این، بالاترین راندمان حذف COD و بازده کولمبیک نیز مربوط به همین غشا بود که به ترتیب برابر با 89.16 و 76.11 درصد محاسبه شد. در مجموع، نتایج این مطالعه نشان داد که استفاده از عصاره اکالیپتوس می‌تواند به طور موثری عملکرد غشاهای SPES را در سلول‌های سوختی میکروبی بهبود بخشد و گزینه‌ای مناسب برای توسعه غشاهای تبادل پروتون پایدار، کم‌هزینه و دوستدار محیط زیست در کاربردهای بیوالکتروشیمیایی باشد.