• 한국물환경학회지
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• 제25권1호
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• pp.159-166
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• 2009

This study has been attempted to generate electricity, while simultaneously treating artificial organic wastewater using both batch and continuous microbial fuel cells (MFCs). In the batch MFC, current-voltage curve showed an onset potential of -0.69 V vs. Ag/AgCl. The potential range between this potential and 0 potential displayed an available voltage for an automatic production of electric energy and glucose, which was oxidized and treated at the same time. The 486 mg/L glucose solution showed the maximum power of $30mW/m^2$ and the maximum current density of $75mA/m^2$ shown in the power curve. As a result, discharging of the cell containing COD 423 mg/L at the constant current density of $60mA/m^2$ showed a continuous electricity generation for about 22 hours that dropped rapidly due to dissipating of organic material. Total electric energy production was 18.0 Wh. While discharging, the pH change was low and dropped from pH 6.53 to 6.20 then increased to 6.47, then stabilized at this charge. The COD treatment efficiency was found to be 72%. In the continuous MFC, COD removal tends to increase as the hydraulic retention time is increased. At one day of hydraulic retention time as the maximum value reaches the COD removal efficiency, power production rate and power production rate per COD removal that were obtained were 68.8%, $14mW/m^2$, and $20.8mW/m^2/g$ CODrm, respectively. In the continuous MFC, the power production rate per COD removal increases as the hydraulic retention time is increased and decreases as the organic loading rate is increased. At the values lower than an organic loading rate of $1kgCOD/m^3/d$, the values higher than about $18.1mW/m^2/g$ CODrm could be obtained.

• 유기물자원화
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• 제23권1호
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• pp.45-51
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• 2015

본 연구에서는 비귀금속 촉매인 iron(II) phthalocyanine (FePc)와 cobalt tetramethoxyphenylporphyrin(CoTMPP)를 환원전극촉매로 이용하여 미생물연료전지의 연속운전을 진행하였다. 연속운전은 유기물 부하 (0.5~3 g COD/L/d)와 HRT (0.25~1 day)의 조건을 달리 운전하여 미생물연료전지의 성능을 평가하였다. 미생물연료전지의 전력밀도는 환원전극의 성능에 크게 영향을 받았으며, 최대전력밀도는 $3.3W/m^3$로 백금을 사용한 미생물연료전지에서 나타났다. 하지만, HRT의 조건을 달리 한 실험에서 FePc를 사용한 미생물연료전지가 백금을 사용한 미생물연료전지와 유사한 성능을 나타냈으며, 연속운전에서 백금 촉매를 대체할 수 있는 적합한 물질로 나타났다. 반면에 CoTMPP를 사용한 미생물연료전지는 연속운전에서 내부 저항의 급격한 증가로 전력밀도가 급격히 감소하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제16권2호
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• pp.163-177
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• 2006

• 유기물자원화
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• 제21권1호
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• pp.39-44
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• 2013

본 연구에서는 수평 흐름 미생물 연료전지에서 유체 흐름이 전력 수율에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 본 연구에서는 산화전극 반응조의 바닥에 아크릴 막대를 설치하여 각각 4가지 유체의 흐름을 유도하였다. 각 반응조 형상에 따라 최대전력수율을 평가하였으며 추적자 실험을 통해 유체 흐름을 해석하였다. 분극 곡선 실험 결과 반응조별 최대 전력수율은 case 1, 2, 3 및 4에서 각각 95.7, 129.1, 190.9 및 $114.2mW/m^2$로 나타났다. 좌우 도류벽을 설치하여 S 형태의 유체 흐름을 유도한 case 3 반응조에서 가장 높은 전력이 생산되는 것으로 나타났다. 추적자 실험의 Morrill 분산지수 값에 따르면 case 4 반응조의 경우 반응조 전체에 기질이 골고루 분포하여 미생물 활성을 높일 수 있을 것으로 나타났다. 그러나 월류 현상에 의해 안정적인 운영을 할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 case 3 반응조의 경우 안정적인 운영 및 높은 전력수율을 얻을 수 있으므로 미생물 연료전지로 이용하기에 효과적일 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권11호
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• pp.757-764
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• 2012

본 연구에서는 흑연섬유직물로 이루어진 산화전극의 표면을 하이드로젤 및 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체를 이용하여 표면을 개질하였다. 개질된 산화전극이 미생물연료전지의 성능향상에 미치는 영향을 회분식 시스템을 이용하여 평가하였으며, 개질하지 않은 흑연섬유직물 및 흑연펠트 산화전극과 비교하였다. 미생물연료전지의 전력밀도는 산화전극 및 환원전극의 성능에 크게 영향을 받았다. 최대전력밀도는 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체로 흑연섬유직물 표면을 개질한 산화전극을 사용한 경우 $1,162mW/m^2$로서 표면개질을 하지 않은 흑연섬유직물 산환전극을 사용한 미생물연료전지에 비하여 27.7% 향상되었다. 산화전극 표면을 개질에 사용된 하이드로젤과 다중벽탄소나노튜브 복합체는 산화전극 표면의 생물친화도와 전도성을 증가시키고 활성화저항을 크게 감소시킬 수 있는 우수한 표면개질제로 평가되었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제47권4호
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• pp.621-629
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• 2019

In this study we attempted to screen bacteria and fungi that generate electricity while treating wastewater using optimized double-chamber microbial fuel cell (MFC) system parameters. Optimization was carried out for five best exoelectrogenic isolates (two bacteria and three fungi) at pH values of 6.0, 7.5, 8.5, and 9.5, and temperatures of 30, 35, 40, and 45℃; the generated power densities were measured using a digital multimeter (DT9205A). The isolates were identified using molecular characterization, followed by the phylogenetic analysis of isolates with known exoelectrogenic microorganisms. The bacterium, Proteus species, N6 (KX548358.1) and fungus, Candida parapsilosis, S10 (KX548360) produced the highest power densities of 1.59 and 1.55 W/m² (at a pH of 8.5 and temperatures of 35 and 40℃) within 24 h, respectively. Other fungi-Clavispora lusitaniae, S9 (KX548359.1) at 40℃, Clavispora lusitaniae, S14 (KX548361.1) at 35℃-and bacterium-Providencia species, N4 (KX548357.1) at 40℃-produced power densities of 1.51, 1.46, and 1.44 W/m², respectively within 24 h. The MFCs achieved higher power densities at a pH of 8.5, temperature of 40℃ within 24 h. The bacterial isolates have a close evolutionary relationship with other known exoelectrogenic microorganisms. These findings helped us determine the optimal pH, temperature, evolutionary relationship, and exoelectrogenic fungal species other than bacteria that enhance MFC performance.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제31권7호
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• pp.2025-2030
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• 2010

When $Cu^{2+}$ was used as an electron acceptor, removal of $Cu^{2+}$ was achieved from the synthesized wastewater (SW) in the cathode compartment of a microbial fuel cell (MFC). By addition of $KNO_3$, the different initial pH of the SW showed no effect on the removal efficiency of $Cu^{2+}$. For $Cu^{2+}$ concentration of 50 mg/L the removal efficiencies were found to be 99.82%, 99.95%, 99.58%, and 99.97% for the $KNO_3$ concentrations of 0, 50, 100 and 200 mM, and to be 99.4%, 99.9%, 99.7%, and 99.7% for pH values of 2, 3, 4, and 5, respectively. More than 99% $Cu^{2+}$ was removed for the $Cu^{2+}$ concentrations of 10, 50, and 100 mg/L, while only 60.1% of $Cu^{2+}$ was removed for the initial concentration of 200 mg/L (pH 3). The maximum power density was affected by both $KNO_3$ concentration and initial concentration of $Cu^{2+}$. It was increased by a factor of 1.5 (from 96.2 to 143.6 mW/$m^2$) when the $KNO_3$ concentration was increased from 0 to 200 mM (50 mg/L $Cu^{2+}$), and by a factor of 2.7 (from 118 to 319 mW/$m^2$) when $Cu^{2+}$ concentration was increased from 10 to 200 mg/L (pH 3).

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제39권4호
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• pp.382-386
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• 2011

이 연구에서는 일반적인 음극부 한 개에 양극부 한 개로 구성된 single-cathode 미생물연료전지(SCMFC)와 음극부 한 개에 양극부 두 개로 이루어진 dual-cathode 미생물연료전지(DCMFC)를 이용하여 전류발생에 비치는 영향을 확인하였다. 이 결과 dual-cathode 미생물연료전지에서 single-cathode 미생물연료전지 보다 전류발생이 약 40% 높았으며 COD 제거율도 약 13% 더 높은 것으로 확인되었다. 이것은 양극부와 음극부의 접촉면적이 증가하여 양극반응속도가 향상된 것에 의한 것으로 판단되며 dual-cathode 미생물연료전지가 single-cathode보다 전류발생과 COD제거 측면서 더 효율이 높은것으로 나타났다. 음극부 전자수용체에 대한 영향 실험에서는 전자수용체로 사용된 질산성질소의 농도가 높아질수록 급격히 전류발생이 감소하는 것을 확인 할 수 있었으며, 이에 대한 적절한 처리가 필요한 것으로 나타났다.

• 한국환경농학회지
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• 제26권2호
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• pp.179-185
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• 2007

미생물연료전지는 유기성 폐기물을 처리하면서 동시에 전기에너지를 얻을 수 있다는 측면에서 커다란 장점을 가지고 있다. 대부분의 유기성폐기물들이 발효과정을 거치면서 고농도의 VFAs가 생성되므로 미생물연료전지가 이들 VFAs로부터 전기를 얻을 수 있는지 알아보는 것은 아주 중요하다. 따라서 본 연구에서는 acetate, propionate, butyrate 및 실제 폐수인 식품가공폐수로부터 미생물 연료전지를 이용하여 전기발생 여부를 알아보았으며 다음과 같은 결론을 얻었다. 미생물연료전지를 이용하여 VFAs(acetate, propionate, butyrate)와 식품가공폐수로부터 전기를 얻을 수 있었고 투여한 acetate 농도에 비례하여 cathode로 전달되는 전자(Coulomb)는 비례하였다. 낮은 농도의 acetate에서 발생파워와 acetate 농도 사이에는 비례관계를 보였다. 이는 미생물연료전지가 낮은 농도의 유기물을 측정하는 센서로서의 가능성을 보여준다. acetate에 순화된 산화전극에 butyrate를 넣었을 때 순화의 시간이 필요하였으며 일정 순화시간 후 voltage가 증가하였다. 그러나 propionate를 넣었을 때는 순화시간 없이 급격하게 voltage가 상승하였다. 따라서 미생물연료전지의 생성파워가 향상된다면 유기성 폐기물을 처리하면서 실생활에 이용할 수 있는 전기로 변환하는 장치로서 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제19권1호
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• pp.109-114
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• 2011

본 연구에서는 수평 흐름형 미생물 연료전지를 이용하여 수리학적 체류시간에 따른 전력수율을 평가하였다. 수리학적 체류시간 15분, 30분, 60분 및 180분의 경우 전력수율은 각각 $24.7mW/m^2$, $27.3mW/m^2$, $22.8mW/m^2$ 및 $17.2mW/m^2$으로 나타났다. 수리학적 체류시간을 30분으로 유지하는 경우 전력수율이 가장 높게 나타났으며 수리학적 체류시간 180분과 비교시 전력수율이 최대 59% 증가하였다. COD 제거율은 수리학적 체류시간 증가에 따라 높아지는 경향을 보였으나 쿨롱효율은 일정한 값을 유지하였다. 이와 같은 결과를 통해 수리학적 체류시간을 30분으로 유지하는 경우 수평 흐름형 미생물 연료전지성능을 최대로 발휘할 수 있다.