• 한국미생물학회:학술대회논문집
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• 한국미생물학회 2008년도 International Meeting of the Microbiological Society of Korea
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• pp.80-81
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• 2008

• 공업화학
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• 제20권2호
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• pp.213-217
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• 2009

폐수처리와 동시에 전기를 생산할 수 있는 새로운 대체 에너지 기술로 주목받고 있는 미생물 연료전지(microbial fuel cell, MFC)는 혐기성 조건의 산화전극(anode)에서 미생물에 의한 촉매작용을 통해 유기물질을 분해하면서 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 장치이다. 본 연구에서는 MFC의 성능을 파악하기 위하여 도시하수를 사용하여 폐수처리 효율과 전기생산 특성을 평가하였다. 도시하수에 탄소원으로서 acetate를 주입하였을 때 COD 제거율은 75.7%에서 88.2%로 증가하였으며 전압은 0.22 V에서 0.4 V까지 급격하게 상승하였다. 다양한 외부저항 하에서 전기생산에 미치는 산화전극과 환원전극(cathode) 사이의 전극 거리에 대한 영향 및 산화전극의 표면적에 대한 영향을 조사하였다. 최고 전력밀도는 $610mW/m^2$이었으며, 전극간 거리가 가깝고 산화전극의 표면적이 작을수록 전기발생에 효과적임을 알 수 있었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제21권1호
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• pp.44-48
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• 2000

Microbial fuel cells comprising the microorganism P. vulgaris, thionin as a mediator, and various mono- and disaccharides in an anodic compartment have been developed. A cathodic compartment containing a Pt electrode and Fe$(CN)_6^{3-}$ was separated from an anode by the Nafion membrane. From absorbance-time measurements, it was found that the absorbance of thionin was not altered by the addition of P. vulgaris, even in the presence of sugars. However, thionin was effectively reduced when P. vulgaris was present. These results differ substantially from the case of safranine O, a phenazine-derivative, indicating that thionin takes up electrons during the metabolic oxidation processes of carbohydrates. Maximum fuel cell efficiency was observed at 37 $^{\circ}C$, optimum temperature for the growth of P. vulgaris, and 0.5 V cell voltage was obtained, which indicates that the metabolism of the microorganism directly affects the efficiency. Thionin concentration was closely related to cell performance. When the charging-discharging characteristics were tested with glucose, galactose, sucrose, maltose, and trehalose as carbon sources, galactose was found to give the highest coulombic efficiency. Cell performance was almost fully recovered with only small degradation when glucose and sucrose were used in the repetitive operation. Current was maintained nearly twice as long for sucrose than in the case of glucose.

• 상하수도학회지
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• 제27권4호
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• pp.503-509
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• 2013

Electrochemical redox capacity of a microbial fuel cell (MFC) electrode is an important factor in the power density. This study was conducted to investigate the redox capacity of surface modified anode and cathode electrodes by measuring their conductivities. An anode electrode was modified with nitric acid and a cathode electrode was modified with heat treatment. The anode electrode modified with 20 % of the nitric acid concentration showed the highest conductivity of $6.2{\mu}S/cm/g$ and the maximum power density of $306.0mW/m^2$ when used in a MFC. The cathode electrode modified at $472^{\circ}C$ for 18 min showed the highest conductivity of $5.2{\mu}S/cm/g$ and the maximum power density of $276.20mW/m^2$ when used in a MFC. On the other hand, an MFC using both the electrodes showed the highest maximum power density of $408.2mW/m^2$. Meanwhile, a control MFC without modified electrodes generated very small voltage (0.014 mV), so the power density could not be measured.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제15권1호
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• pp.192-196
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• 2005

Abstract Oligotrophic microbial fuel cells (MFCs) were tested for the continuous monitoring of low biochemical oxygen demand (BOD) by using artificial wastewater, containing glucose and glutamate, as check solution. Ten times diluted trace mineral solution was used to minimize the background current level, which is generated from the oxidation of nitrilotriacetate used as a chelating agent. The feeding rate of 0.53 ml/min could increase the sensitivity from 0.16 to 0.43 ${\mu}$A/(mg BOD/l) at 0.15 ml/min. The dynamic linear range of the calibration curve was between 2.0 and 10.0 mg BOD/l, and the response time to the change of 2 mg BOD/l was about 60 min. The current signal from an oligotroph-type MFCs increased with the increase in salts concentration, and the salt effect could be eliminated by 50 mM phosphate buffer.

• KSBB Journal
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• 제29권4호
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• pp.225-231
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• 2014

A microbial fuel cell (MFC) and bioelectrochemical systems are novel bioprocesses which employ exoelectrogenic biofilm on electrode as a biocatalyst for electricity generation and various useful chemical production. Previous reports show that electrogenic biofilms of MFCs are time varying systems and dynamically interactive with the electrically conductive media (carbon paper as terminal electron acceptor). It has been reported that maximum power point tracking (MPPT) method can automatically control load by algorithm so that increase power generation and columbic efficiency. In this study, we developed logic based control strategy for external load resistance by using $LabVIEW^{TM}$ which increases the power production with using flat-plate MFCs and MPPT circuit board. The flat-plate MFCs inoculated with anaerobic digester sludge were stabilized with fixed external resistance from $1000{\Omega}$ to $100{\Omega}$. Automatic load control with MPPT started load from $52{\Omega}$ during 120 hours of operation. MPPT control strategy increased approximately 2.7 times of power production and power density (1.95 mW and $13.02mW/m^3$) compared to the initial values before application of MPPT (0.72 mW and $4.79mW/m^3$).

• 공업화학
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• 제24권6호
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• pp.567-578
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• 2013

미생물연료전지는 혐기성 조건에서 미생물의 촉매 반응을 통해 유기물질의 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 생물전기화학 장치이다. 미생물연료전지의 전력밀도 및 쿨롱효율은 산화전극 챔버 내 미생물의 종류, 시스템 구성요소 및 운전조건에 영향을 받는다. 미생물연료전지에서 달성할 수 있는 전력은 구성요소, 물리적 및 화학적 운전조건, 바이오 촉매 선택 등의 최적화로 디자인을 변형하여 현저하게 증가시킬 수 있다. 본 총설에서는 미생물연료전지의 구성, 운전 매개변수의 최적화 및 성능과 더불어 장래 응용에 대한 최근 연구를 중점적으로 고찰하고자 한다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제40권4호
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• pp.414-418
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• 2012

미생물연료전지 운전을 할 때, 전압손실을 감소시키기 위한 다양한 방법들이 시도 되고 있다. 이 연구는 전해질과 저가의 금속이온을 전자수용체로 이용하여 전류발생을 확인하였다. 전해질로 phosphate buffer를 사용한 경우, 공기만 사용하였을 때보다 향상되었으며, 공기의 공급이 없이는 효과가 적은 것으로 나타났다. 전자수용체로 질산염(nitrate)을 사용하였을 때 산소를 공급하지 않았을 때보다 높은 전류발생을 보였으나 공기포화 물을 사용한 경우와 비교하여 전류발생이 향상되지는 않았다. 질산염을 양극부에 적용시에는 음극부와 양극부 모두 폐수처리가 가능한 시스템으로 구성하여 운전한다면 전류발생은 낮으나 서로 다른 폐수를 처리 할 수 있을 것으로 판단된다. 이 연구에서 적용한 3가지 방법 중에서 3가 철이온을 사용하였을 때 전류 발생이 가장 높았으며, 공기를 공급하지 않아도 전류 발생이 높게 유지되는 것으로 나타났다. 이것은 미생물연료전지의 규모를 증대시킬 때 폭기가 필요 없는 시스템을 구축할 수 있어 큰 장점으로 작용할 것으로 판단된다. 따라서 3가 철이온은 지구상에 가장 많은 금속 이온 중 하나로 용해도가 낮으나 저가의 3가 철이온을 잘 이용한다면 양극부 반응속도를 효율적으로 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국물환경학회지
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• 제31권5호
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• pp.556-562
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• 2015

In order to remove the organic substances and the nitrate-nitrogen contained in wastewater, some researchers have studied the simultaneous removal of organics and nitrogen by using different biocathode microbial fuel cells (MFCs). The operating conditions for removing the contaminants in the MFCs are the external resistances, HRTs, the concentration of the influent wastewater, and other factors. This study aimed to determine the effect of the external resistors and organic loading rates, from the changing HRT, on the removal of the organics and nitrogen and on the production of electric power using the Denitrification Biocathode - Microbial Fuel Cell (DNB-MFC). As regards the results of the study, the removal efficiencies of $SCOD_{Cr}$ did not show any difference, but the nitrate-nitrogen removal efficiencies were increased by decreasing the external resistance. The maximum denitrification rate achieved was $129.2{\pm}13.54g\;NO_3{^-}-N/m^3/d$ in the external resistance $1{\Omega}$, and the maximum power density was $3,279mW/m^3$ in $10{\Omega}$. When the DNB-MFC was operated with increasing influent organic and nitrate loading by reducing the HRTs, the $NO_3{^-}-N$ removal efficiencies were increased linearly, and the maximum nitrate removal rate was $1,586g\;NO^3{^-}-N/m^3/d$ at HRT 0.6 h.

• 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.