Cornells materialforskare och bioelektrokemiska ingenjörer kan ha skapat en innovativ, kostnadseffektivt elektrodmaterial för rengöring av föroreningar i avloppsvatten.

Forskarna skapade elektrospunna kolnanofiberelektroder och belade dem med en ledande polymer, kallas PEDOT, att konkurrera med elektroder av koltyg som finns på marknaden. När PEDOT-beläggningen appliceras, ett elektriskt aktivt lager av bakterier – Geobacter sulfurreducens – växer naturligt för att skapa elektricitet och överföra elektroner till den nya elektroden.

De ledande nanofibrerna skapar en gynnsam yta för denna bakterie, som smälter föroreningar från avloppsvattnet och producerar el, enligt forskningen.

"Elektroder är dyra att tillverka nu, och detta material kan sänka priset på elektroder långt, gör det lättare att städa upp förorenat vatten, sa medförfattaren Juan Guzman, en doktorand inom området biologisk och miljöteknik.

Under ett mikroskop, kolnanofiberelektroden liknar en köksskrubber. Elektroden gjordes av medförfattaren Meryem Pehlivaner, FRÖKEN. '13, doktorand vid Northeastern University, med seniorförfattaren Margaret Frey, professor i fibervetenskap och biträdande dekanus vid College of Human Ecology. Pehlivaner tillverkade kolnanofibrerna via elektrospinning och karboniseringsprocesser. Efter några timmars elektrospinning, ett tjockt nanofiberark – synligt för blotta ögat – kommer fram.

Pehlivaner nådde ut till Guzman och seniorförfattaren Lars Angenent, professor i biologisk och miljöteknik, för samarbete för att applicera kolnanofiberelektroderna på samtidig avloppsvattenrening och produktion av elektrisk energi.

Den anpassningsbara kolnanofiberelektroden användes för sin höga porositet, ytarea och biokompatibilitet med bakterierna. Genom att följa PEDOT, materialet får en förbättrad funktion, enligt forskarna.

Guzman sa att avloppsreningsverk inte använder denna metod – ännu. På en stor skala, bakterierna vid elektroden kan fånga upp och bryta ned föroreningar från avloppsvattnet som rinner förbi den. En sådan teknik kan förbättra reningen av avloppsvatten genom att tillåta system att ta upp mindre mark och öka genomströmningen.

Koncept som detta händer på campus där lärare och studenter vill kommunicera och samarbeta, sa Angenent. "Detta definierar radikalt samarbete, " sa han. "Vi har fiberforskare som pratar med miljöingenjörer, från två väldigt olika Cornell-högskolor, att skapa verklighet från en idé – det var mer eller mindre en aning – som kommer att göra rengöring av avloppsvatten bättre och lite billigare."

Forskningen, "Prestandan för elektrospunna kolnanofiberelektroder med ledande poly (3, 4-etylendioxitiofen) beläggningar i bioelektrokemiska system, " kommer att publiceras den 15 juli i Journal of Power Sources .