Improving MFC efficiency in power generation and COD removal by using protic ionic liquid in MWCNT-CS-2-aminothiazole-SO3H nanoparticle-infused sulfonated PES

碳纳米管 材料科学 化学工程 法拉第效率 复合数 纳米颗粒 离子液体 核化学 电化学 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 催化作用 电极 物理化学 工程类 生物化学
作者
Pegah Shadman,Alireza Shakeri,Sirus Zinadini
出处
期刊:Energy Conversion and Management [Elsevier BV]
卷期号:301: 118049-118049 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.enconman.2023.118049
摘要

This study exhibits a novel nanofiller, functionalized multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/chitosan (CS) by 2-aminothiazole/SO3H. This synthesized nanofiller was incorporated with a fabricated sulfonated polyethersulfone (SPES) to manufacture a composite proton exchange membrane (PEM), SPES/MWCNT-CS-2-aminothiazole-SO3H. The composite membranes were fabricated by different percentage amounts of nanofiller (0.1 wt%, 0.5 wt%, 1.0 wt%, 1.5 wt%). The trait comparison of SPES/MWCNT-CS-2-aminothiazole-SO3H, SPES, and Nafion 117 membrane is performed to investigate their application in the microbial fuel cell (MFC). The fabricated composite membrane SPES/MWCNT-CS-2-aminothiazole-SO3H 0.5 wt% illustrated superior water uptake (WU) of 90.41 %. Moreover, the maximum power density (PD) (66.04 mW.m−2) was produced by SPES/MWCNT-CS-2-aminothiazole-SO3H 0.5 wt%, which demonstrated a considerable increase (approximately 20 times) compared to SPES (3.19 mW.m−2). Furthermore, the power density generated by the Nafion 117 membrane was 15.78 mW.m−2. In addition, the statistics in MFC usage presented that prepared composite membrane combined with MWCNT-CS-2-aminothiazole-SO3H 0.5 wt% had the optimum chemical oxygen demand (COD) removal, and the coulombic efficiency (CE), with 90.46 % and 80.68 %, respectively. Due to the high efficiency and remarkable power generation achieved by the MFC with SPES/MWCNT-CS-2-aminothiazole-SO3H 0.5 wt%, this modified membrane can be considered as a promising cost-effective alternative separator in MFC.
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