Chế tạo thành công hệ thống điện sinh học không sử dụng mạch điện ngoài

TS. Hồ Tú Cường cho rằng đây có thể là khởi đầu của một công nghệ chi phí thấp, có nhiều tính ứng dụng để tạo vật liệu như ion cadmi sulfide hay seleni, hay tạo vật liệu nano kim loại, làm cảm biến.


Chế tạo thành công hệ thống điện sinh học không sử dụng mạch điện ngoài - 1

Mới đây, TS. Hồ Tú Cường tại Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã công bố "Hệ thống điện sinh học mới" có cách thiết kế và vận hành hoàn toàn khác biệt so với phương thức truyền thống, từ đó tiết kiệm chi phí dây dẫn và có tiềm năng khả năng tạo ra các vật liệu nano với kích thước rất nhỏ.


Được biết, một hệ thống điện sinh học thông thường dưới dạng pin nhiên liệu vi sinh vật (MFC) sẽ gồm bốn phần: anot (cực âm), catot (cực dương), màng bán thấm (thường là màng trao đổi proton) và một mạch điện ngoài (các dây dẫn).  Dựa theo cấu trúc này, các vi khuẩn ở cực âm sẽ có nhiệm vụ tiêu thụ các chất hữu cơ và sinh ra electron. Sau đó các electron này sẽ đi theo mạch điện ngoài, đồng thời các proton sẽ đi qua màng ngăn, để đến cực dương và sinh ra các phản ứng điện hóa và kết thúc chu trình truyền điện tử.


Tuy nhiên, sáng chế đột phá của TS. Cường khác biệt ở chỗ, hệ thống bao gồm khoang catot và khoang anot được cấu tạo riêng biệt. Tức là giữa 2 khoang này không có màng trao đổi ion, khi điện cực than chì với hai đầu được bố trí trong khoang catot và khoang anot, tạo thành cực catot và cực anot tương ứng trên cùng một điện cực.


Theo cách bố trí này, giữa hai cực này không có mạch điện ngoài do điện cực than chì đóng vai trò như một mạch điện trong. Hệ thống này vận hành với tác nhân sinh học là vi khuẩn Shewanella - một vi khuẩn hay được dùng làm tác nhân sinh học vận hành hệ thống điện MFC.


Chế tạo thành công hệ thống điện sinh học không sử dụng mạch điện ngoài - 2

Với kết cấu điện cực như thế, hệ thống điện của nhóm nghiên cứu không chỉ có thể dễ dàng chế tạo với những vật liệu sẵn có, chi phí thấp, mà còn không cần đến mạch điện ngoài do điện cực đã đóng vai trò như một mạch điện trong, nhờ đó tiết kiệm chi phí dây dẫn.


Đồng thời, cũng do không sử dụng dây dẫn, hệ thống điện do nhóm sáng chế sẽ cho dòng điện thấp dưới ngưỡng đo, và có khả năng tạo ra các vật liệu nano với kích thước rất nhỏ.


"Thông thường người ta sẽ nghĩ đến việc làm sao để cân bằng điện tử giữa hai bên cực cho dòng điện có thể chạy qua, chứ không nghĩ theo hướng ngược lại, do vậy, các hệ thống MFC thường phải sử dụng màng trao đổi proton có giá thành cao", TS. Cường lý giải.


TS. Cường cho biết thêm, nếu sử dụng liên tục trong thời gian dài, hiệu quả vận chuyển proton qua màngcủa hệ thống có thể giảm, dẫn đến hiệu suất của hệ thống cũng giảm theo. Tuy nhiên do nhu cầu không cần trao đổi proton như vậy nên có thể sử dụng những loại màng giá thành rẻ hơn nhiều, ví dụ như silicon.


Ngoài phương án trên, nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm hệ thống này để tổng hợp các vật liệu như nano cadmi sulfide, seleni, bạc, đồng... Kết quả cho thấy, hệ thống có thể tổng hợp được những vật liệu với kích thước rất nhỏ và tinh khiết. Chẳng hạn như với seleni, nhóm của TS. Cường đã tổng hợp và tách hoàn toàn được các hạt nano seleni sạch khỏi tế bào vi khuẩn trong hệ thống điện sinh học với kích thước 30-60 nm.


TS. Cường cho rằng đây có thể là khởi đầu của một công nghệ chi phí thấp, có nhiều tính ứng dụng để tạo vật liệu như ion cadmi sulfide hay seleni, hay tạo vật liệu nano kim loại, làm cảm biến (sensor).


Hệ thống điện sinh học không sử dụng mạch điện ngoài của TS. Hồ Tú Cường và các cộng sự đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp Bằng độc quyền sáng chế số 1-0028712.


Nguyễn Nguyễn









Che tao thanh cong he thong dien sinh hoc khong su dung mach dien ngoai


TS. Ho Tu Cuong cho rang day co the la khoi dau cua mot cong nghe chi phi thap, co nhieu tinh ung dung de tao vat lieu nhu ion cadmi sulfide hay seleni, hay tao vat lieu nano kim loai, lam cam bien.


Che tao thanh cong he thong dien sinh hoc khong su dung mach dien ngoai - 1

Moi day, TS. Ho Tu Cuong tai Vien Cong nghe moi truong, Vien Han lam Khoa hoc va Cong nghe Viet Nam da cong bo "He thong dien sinh hoc moi" co cach thiet ke va van hanh hoan toan khac biet so voi phuong thuc truyen thong, tu do tiet kiem chi phi day dan va co tiem nang kha nang tao ra cac vat lieu nano voi kich thuoc rat nho.


Duoc biet, mot he thong dien sinh hoc thong thuong duoi dang pin nhien lieu vi sinh vat (MFC) se gom bon phan: anot (cuc am), catot (cuc duong), mang ban tham (thuong la mang trao doi proton) va mot mach dien ngoai (cac day dan).  Dua theo cau truc nay, cac vi khuan o cuc am se co nhiem vu tieu thu cac chat huu co va sinh ra electron. Sau do cac electron nay se di theo mach dien ngoai, dong thoi cac proton se di qua mang ngan, de den cuc duong va sinh ra cac phan ung dien hoa va ket thuc chu trinh truyen dien tu.


Tuy nhien, sang che dot pha cua TS. Cuong khac biet o cho, he thong bao gom khoang catot va khoang anot duoc cau tao rieng biet. Tuc la giua 2 khoang nay khong co mang trao doi ion, khi dien cuc than chi voi hai dau duoc bo tri trong khoang catot va khoang anot, tao thanh cuc catot va cuc anot tuong ung tren cung mot dien cuc.


Theo cach bo tri nay, giua hai cuc nay khong co mach dien ngoai do dien cuc than chi dong vai tro nhu mot mach dien trong. He thong nay van hanh voi tac nhan sinh hoc la vi khuan Shewanella - mot vi khuan hay duoc dung lam tac nhan sinh hoc van hanh he thong dien MFC.


Che tao thanh cong he thong dien sinh hoc khong su dung mach dien ngoai - 2

Voi ket cau dien cuc nhu the, he thong dien cua nhom nghien cuu khong chi co the de dang che tao voi nhung vat lieu san co, chi phi thap, ma con khong can den mach dien ngoai do dien cuc da dong vai tro nhu mot mach dien trong, nho do tiet kiem chi phi day dan.


Dong thoi, cung do khong su dung day dan, he thong dien do nhom sang che se cho dong dien thap duoi nguong do, va co kha nang tao ra cac vat lieu nano voi kich thuoc rat nho.


"Thong thuong nguoi ta se nghi den viec lam sao de can bang dien tu giua hai ben cuc cho dong dien co the chay qua, chu khong nghi theo huong nguoc lai, do vay, cac he thong MFC thuong phai su dung mang trao doi proton co gia thanh cao", TS. Cuong ly giai.


TS. Cuong cho biet them, neu su dung lien tuc trong thoi gian dai, hieu qua van chuyen proton qua mangcua he thong co the giam, dan den hieu suat cua he thong cung giam theo. Tuy nhien do nhu cau khong can trao doi proton nhu vay nen co the su dung nhung loai mang gia thanh re hon nhieu, vi du nhu silicon.


Ngoai phuong an tren, nhom nghien cuu cung da thu nghiem he thong nay de tong hop cac vat lieu nhu nano cadmi sulfide, seleni, bac, dong... Ket qua cho thay, he thong co the tong hop duoc nhung vat lieu voi kich thuoc rat nho va tinh khiet. Chang han nhu voi seleni, nhom cua TS. Cuong da tong hop va tach hoan toan duoc cac hat nano seleni sach khoi te bao vi khuan trong he thong dien sinh hoc voi kich thuoc 30-60 nm.


TS. Cuong cho rang day co the la khoi dau cua mot cong nghe chi phi thap, co nhieu tinh ung dung de tao vat lieu nhu ion cadmi sulfide hay seleni, hay tao vat lieu nano kim loai, lam cam bien (sensor).


He thong dien sinh hoc khong su dung mach dien ngoai cua TS. Ho Tu Cuong va cac cong su da duoc Cuc So huu tri tue cap Bang doc quyen sang che so 1-0028712.


Nguyen Nguyen


Chế tạo thành công hệ thống điện sinh học không sử dụng mạch điện ngoài

TS. Hồ Tú Cường cho rằng đây có thể là khởi đầu của một công nghệ chi phí thấp, có nhiều tính ứng dụng để tạo vật liệu như ion cadmi sulfide hay seleni, hay tạo vật liệu nano kim loại, làm cảm biến.
Giới thiệu cho bạn bè
  • gplus
  • pinterest

Bình luận

Đăng bình luận

Đánh giá: