KR101863651B1 - Microbial fuel cell, and the in-situ analyzing method of microorganism using it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미생물 연료전지에 관한 것으로, 상세하게는 환원반응 용기(100) 및 상기 환원반응 용기(100) 내부 하단부에 수평으로 놓여 있는 환원 전극을 포함하는 환원 전극부; 상기 환원반응 용기(100)환원반응 용기(100)는 제1전해질; 상기 환원 전극부 상부에 위치하고, 산화반응 용기 및 상기 산화반응 용기 내부에 수평으로 놓여있는 산화 전극을 포함하는 산화 전극부; 상기 산화반응 용기 내부에 채워지는 제2전해질; 상기 환원 전극부와 상기 산화 전극부를 분리하는 분리막; 및 상기 산화 전극 및 상기 환원 전극과 연결되는 외부 회로를 포함하며, 상기 산화반응 용기는 상부가 개방되어있어, 상기 산화 전극이 전지 외부에서 보이도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지에 관한 것이다.
상기 미생물 연료전지는 산화 전극부가 개방되어, 산화 전극이 노출되어 보임으로써, 종래의 직접적인 관찰이 어려웠던 미생물과 전극 간의 상호작용을 실시간으로 관찰할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 미생물 연료전지는 소형의 적층형으로 구성되어, 제작이 용이하고, 외부전압 또는 저항을 조절하며 미생물의 거동 및 전기적 특성을 실시간으로 관찰할 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to a microbial fuel cell, and more particularly to a microbial fuel cell having a reduction reaction vessel 100 and a reduction electrode unit including a reduction electrode horizontally disposed at a lower end of the reduction reaction vessel 100; The reduction reaction vessel 100 includes a first electrolyte; An oxidation electrode unit located above the reduction electrode unit and including an oxidation reaction vessel and an oxidation electrode placed horizontally inside the oxidation reaction vessel; A second electrolyte filled in the oxidation reaction vessel; A separation membrane for separating the reduction electrode unit and the oxidation electrode unit; And an external circuit connected to the oxidation electrode and the reduction electrode, wherein the oxidation reaction vessel is open at an upper portion thereof, and the oxidation electrode is designed to be visible from the outside of the battery .
The microbial fuel cell has an advantage that it can observe the interaction between the microorganism and the electrode, which has been difficult to observe in the prior art, in real time by opening the oxidizing electrode portion and exposing the oxidizing electrode. In addition, the microbial fuel cell has a small stacked structure, which is easy to manufacture, has an advantage of observing microbial behavior and electrical characteristics in real time by controlling an external voltage or resistance.

Description

미생물 연료전지 및 이를 이용한 미생물의 실시간 분석방법 {Microbial fuel cell, and the in-situ analyzing method of microorganism using it}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microbial fuel cell and a microbial fuel cell using the microbial fuel cell,

본 발명은 미생물 연료전지에 관한 것이다. 상세하게는 실시간으로 살아있는 미생물과 전극 간의 상호작용을 분석하기 위한 미생물 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a microbial fuel cell. And more particularly, to a microbial fuel cell for analyzing the interaction between living microorganisms and electrodes in real time.

세계적인 에너지 수요 증가와 온실가스 감축의 필요성으로 인해, 기존의 화석연료 위주의 에너지 패러다임으로부터 지속 가능한 에너지 패러다임으로의 전환이 이루어지고 있으며 신재생 에너지, 폐기물 에너지화 등에 대한 세계 각국의 관심이 증가하고 있다. 국내에서 하수처리장에서 하·폐수 처리를 위해 소비되는 연간 운영비는 약 7,800억원에 이르는 것으로 알려져 있으며, 유기성 하·폐수로부터 에너지를 회수하여 처리장의 운영비를 절약하거나 잉여에너지를 생산하는 기술에 대한 사회적 요구가 증가하고 있다. 이러한 추세에 현재 전 세계적으로 지향하고 있는 환경융합 신기술로 미생물 연료전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Due to the global increase in energy demand and the need for greenhouse gas reduction, the transition from the existing energy paradigm based on fossil fuels to the sustainable energy paradigm is taking place, and the interest of the world in renewable energy and waste energy is increasing . It is known that the annual operating cost consumed for domestic and wastewater treatment in domestic sewage treatment plants is about 780 billion KRW, and the social demand for the technology to save the operation cost of the treatment plant or to produce surplus energy by recovering energy from organic wastewater Is increasing. In this trend, researches on microbial fuel cells are being actively carried out with new environmental fusion technologies that are currently being promoted worldwide.

미생물연료전지(MFC, microbial fuel cell)는 근본적으로 미생물 대사에서 생산된 전자를 얻어서 그것들을 전류생산을 위해 이용하는 시스템으로, 이러한 미생물의 전기화학적 활성을 이용하여 하·폐수 내에 존재하는 유기물로부터 직접적으로 전기를 생산하는 등, 기존의 에너지 소모형 처리기술을 대체할 수 있는 잠재적 기술로서 주목 받고 있다. Microbial fuel cells (MFCs) are basically systems that utilize the electrons produced by microbial metabolism and use them for current production. By using the electrochemical activity of these microorganisms, And it is attracting attention as a potential technology to replace existing energy substation processing technology.

이러한 미생물 연료전지(MFC)는, 미생물에 의해 유기물의 산화가 이루어지는 산화 전극(anode)를 포함하는 산화 전극부, 산화전극에서 생성된 전자, 양성자, 환원제의 반응에 의해 환원이 일어나는 환원 전극(cathode)을 포함하는 환원 전극부, 상기 산화 전극과 환원 전극을 공간적으로 분리하는 분리막 및 전극을 전기적으로 연결하는 전기회로로 구성되어 있으며, 상기 구성을 가진 미생물 연료전지의 산화 전극부에서 미생물이 전자 공여체로서 제공된 유기물을 분해하게 된다. 이때, 미생물은 산화반응을 통하여 에너지를 얻어 성장하며 그 과정에서 전자와 양이온을 생성한다. 또한, 이렇게 생성된 전자는 직접적 또는 간접적으로 산화 전극으로 전달된 후 연결된 회로를 통하여 환원 전극으로 이동하게 되며, 양이온은 분리막을 통과하여 환원 전극부로 전달된다. 환원 전극에서는 전달된 전자 및 양이온과 함께 주로 산소와 같은 전자수용체를 이용하여 환원반응이 일어나게 된다. Such a microbial fuel cell (MFC) comprises an oxidation electrode portion including an anode for oxidizing an organic substance by microorganisms, a reduction electrode (cathode) for reduction by reaction of an electron, a proton, ), A separation membrane for spatially separating the oxidation electrode from the reduction electrode, and an electric circuit for electrically connecting the electrode. In the oxidation electrode portion of the microbial fuel cell having the above-described structure, To decompose the provided organic matter. At this time, the microorganism grows by getting energy through the oxidation reaction, and in the process, generates electrons and cations. The generated electrons are directly or indirectly transferred to the oxidation electrode and then transferred to the reduction electrode through the connected circuit, and the positive ions are transferred to the reduction electrode unit through the separation membrane. In the reduction electrode, a reduction reaction occurs mainly by using an electron acceptor such as oxygen together with the electrons and cations transmitted.

하기의 반응식은 산소를 전자수용체로 사용하는 통상의 미생물연료전지에서 일어나는 반응의 예를 나타낸 것이다.The following reaction formula shows an example of the reaction taking place in a conventional microbial fuel cell using oxygen as an electron acceptor.

<반응식 1> <Reaction Scheme 1>

음극반응: 유기물 --> 전자(e-) + 양성자(H+) + 이산화탄소(CO2)Cathode reaction: organic -> e - + protons + H 2 + CO 2

양극반응: 전자(e-) + 양성자(H+) + 산소(O2) --> 물(H2O)Anode reaction: electrons (e - ) + protons (H + ) + oxygen (O 2 ) -> water (H 2 O)

한편, 미생물 연료전지가 작동하기 위해서는 상기와 같이 미생물에 의해 생성된 전자가 산화 전극으로 전달되어야 하는데, 이때 미생물과 전극 간의 상호작용이 미생물 연료전지의 성능을 결정하는 중요한 요소로 작용하게 되어, 미생물의 전자전달 메커니즘을 밝히기 위한 연구가 이루어졌다. 이러한 전자전달 메커니즘은, 직접 및 간접 두 가지 메커니즘이 보고되어왔다. 직접 전자전달방식은 미생물과 전극 사이의 전자 이동이 직접적으로 일어나는 형태로 기질 분자와 미생물의 활성부위(active site)가 반응하여 생산된 전자가 터널링에 의해 전극에 바로 이동하는 방식이다. 이러한 메커니즘에 따르면 전극의 표면은 미생물의 전자 생성을 위한 두 번째 기질로써 반응하게 되고 미생물과 전극은 분리되는 것으로 인식되지 않으며 생화학전기촉매의 가장 기본적인 형태이다. 반면 간접 전자전달방식은 미생물의 활성부위와 전극 사이에 전자를 이동시킬 수 있는 물질인 매개체(mediator)를 첨가하는 방식이다. 이 경우 미생물은 매개체의 산화작용 또는 환원작용의 촉매작용을 하며 매개체는 미생물의 전자생성을 위한 부기질로 작용하여 전극의 표면에서 역변환되어 전자를 전달한다. 전극반응과 미생물의 전자생성반응이 분리되어 있는 형태이다. 그러나, 상기 미생물 연료전지 내 미생물과 전극 간의 상호작용을 직접적으로 확인하기 어려워 이에 대한 연구가 필요하다. In order for the microbial fuel cell to operate, the electrons generated by the microorganisms must be transferred to the oxidizing electrode. In this case, the interaction between the microbes and the electrodes plays an important role in determining the performance of the microbial fuel cell, A study was made to clarify the electron transport mechanism of. These electron transport mechanisms have been reported in two direct and indirect mechanisms. Direct electron transfer is a type in which electrons move directly between the microorganisms and the electrode, and the generated electrons are directly transferred to the electrodes by tunneling reaction between the substrate molecules and the active sites of the microorganisms. According to this mechanism, the surface of the electrode reacts as a second substrate for the generation of microorganisms and the microorganisms and the electrodes are not perceived to be separated and are the most basic form of biochemical electrocatalysts. On the other hand, the indirect electron transfer method is a method of adding a mediator, which is a substance capable of transferring electrons between the active site of the microorganism and the electrode. In this case, the microorganism catalyzes the oxidizing or reducing action of the mediator, and the mediator acts as a negative substrate for the electron generation of the microorganism and transfers electrons by being inversely converted from the surface of the electrode. Electrode reactions and microbial electron generation reactions are separated. However, it is difficult to directly confirm the interaction between the microorganism and the electrode in the microbial fuel cell.

종래의 경우, 미생물 전지 내 산화전극 및 환원 전극의 재질, 용액의 종류 등을 변화시켜 나타나는 미생물 전지 자체의 성능 향상을 확인하는 것으로, 대한민국 등록특허 제10-2014-0129853호에서는 다층으로 제작한 미생물 연료전지가 개시된 바 있다. 상세하게는, 산화챔버 공간과 상기 산화챔버 공간 내부에 배치되는 산화전극을 구비하는 산화전극부; 및 상기 산화챔버 공간과 이온교환이 가능한 환원챔버 공간과 상기 환원챔버 공간 내부에 배치되는 환원전극을 구비하는 하나 이상의 환원전극부; 를 포함하고, 상기 산화 전극부는 이온투과가 가능하고 상기 산화챔버 공간을 제공하기 위한 홈이 형성된 제1막부재를 포함하는 미생물 연료전지를 개시하고 있다.In the conventional case, by confirming the improvement of the performance of the microbial cell itself by changing the material of the oxidizing electrode and the reducing electrode in the microbial cell, the kind of the solution, and the like, Korean Patent Registration No. 10-2014-0129853 discloses a microbial cell A fuel cell has been disclosed. Specifically, an oxidation electrode unit includes an oxidation chamber space and an oxidation electrode disposed inside the oxidation chamber space. And at least one reducing electrode part having a reducing chamber space capable of ion exchange with the oxidation chamber space and a reducing electrode disposed inside the reducing chamber space; Wherein the oxidizing electrode portion includes a first membrane member which is permeable to ions and has a groove formed therein to provide the oxidizing chamber space.

그러나 이러한 구조의 미생물 연료전지는 산화 전극부가 폐쇄형으로 되어있어, 연료 전지 내 미생물 관찰이 어려워, 미생물과 전극간의 상호작용을 분석할 수 없는 문제점이 있다.However, the microbial fuel cell having such a structure has a problem in that it is difficult to observe microorganisms in the fuel cell because the oxidized electrode portion is closed, and the interaction between the microorganism and the electrode can not be analyzed.

한편, 미생물 연료전지 내 미생물과 전극간의 반응을 살펴보기 위한 종래의 기술로, Xiaocheng Jiang, PNAS, vol.107, No.39 (9.28,2010)에서는 연료전지에 사용된 전극 내 미생물의 분포를 원자힘 현미경(AFM)을 통해 확인한 것을 기재하고 있다. 상세하게는 박테리아(쉬와넬라 오네이덴시스 MR-1)와 나노 전극 간의 전자특성을 분석하기 위해, 투명 전극을 사용하여, 전류값과 박테리아의 분포를 광학 현미경, 전자 현미경(SEM) 및 원자힘 현미경(AFM)을 통해 전극에 고정화된 박테리아의 분포를 관찰한 것을 나타내고 있다. 상기와 같은 경우, 미생물 연료전지에서의 미생물의 분포를 나타내고 있으나, 상기의 경우, 사용한 미생물 연료 전지 내 전극을 분리 및 건조하여 측정한 것으로, 살아있는 미생물과 전극 간의 상호작용에 대해서는 분석할 수가 없는 문제점이 있다.Meanwhile, Xiaocheng Jiang, PNAS, vol.107, No.39 (9.28, 2010), which is a conventional technique for examining the reaction between microorganisms and electrodes in a microbial fuel cell, (AFM). &Lt; / RTI &gt; Specifically, in order to analyze the electron characteristics between the bacteria (Schwannella onesensis MR-1) and the nano-electrode, the current value and the distribution of the bacteria were measured using an optical microscope, an electron microscope (SEM) And observation of the distribution of bacteria immobilized on the electrodes through a microscope (AFM). In the above case, the distribution of microorganisms in the microbial fuel cell is shown. However, in the above case, the electrode in the used microbial fuel cell is separated and dried, and the interaction between the living microbes and the electrode can not be analyzed .

또한, 미생물의 거동을 관찰하기 위한 종래의 기술은 미생물을 염색 혹은 도금의 과정을 통해 미생물에 부착된 부착물을 광학 현미경, 전자 현미경 또는 형광 현미경등으로 관찰하는 방법이 사용되었으나, 이와 같은 방법 또한 진공 분위기 등 실제 미생물이 존재하는 환경과 다른 상태에서 관찰한 결과라는 점에서 실제 미생물의 작용을 직접적으로 관찰 하는데 한계를 가지고 있다. In addition, a conventional technique for observing the behavior of a microorganism is a method of observing a deposit attached to a microorganism through an optical microscope, an electron microscope, or a fluorescence microscope through a process of dyeing or plating a microorganism. However, But it has limitations to directly observe the action of actual microorganisms in that it is a result observed in a state different from that of an actual microorganism such as atmosphere.

한편, 주사 탐침 현미경(SPM)은 물질의 표면특성을 원자단위까지 측정할 수 있는 새로운 개념의 현미경을 총칭하는 것으로, 약 0.1 내지 0.5 nm의 크기로, 아무리 좋은 현미경으로도 볼 수 없다는 기존의 통념을 깨뜨린 주사 탐침 현미경은 제1세대인 광학 현미경과 제2세대인 전자현미경 다음의 제3세대 현미경으로 자리 잡아가고 있다. 광학 현미경의 배율이 최고 수천 배, 전자 현미경(SEM)의 배율이 최고 수십 만 배인데 비해 주사 탐침 현미경의 배율은 최고 수천만 배로서, 개개의 원자를 관찰할 수 있다. 투과 전자 현미경(TEM)도 수평방향의 분해능은 원자 단위이나 수직 방향의 분해능은 훨씬 떨어져 개개의 원자를 관찰할 수는 없다. 주사 탐침 현미경의 수직방향의 분해능은 수평 방향보다 더욱 좋아서 원자지름의 수 십분의 일(0.01nm)까지도 측정해낼 수 있다. 또한, 상기 주사 탐침 현미경은 진공상태나 대기 중에서뿐만 아니라 액체 내에서도 작동하므로 살아있는 세포 내의 구조나 세포 분열 등을 관찰할 수 있다. A scanning probe microscope (SPM) is a general term for a new concept microscope capable of measuring the surface characteristics of a substance to an atomic unit. It is about 0.1 to 0.5 nm in size and can not be seen with any good microscope The scanning probe microscope has become the first-generation optical microscope and the second-generation electron microscope to become the third-generation microscope. The magnification of the scanning probe microscope is up to tens of millions of times, and individual atoms can be observed, while the magnification of the optical microscope is at most several thousand times and the magnification of the electron microscope (SEM) is at most several hundred thousand times. Transmission electron microscopy (TEM) can not observe individual atoms because the resolution in the horizontal direction is much higher than that in the atomic unit or vertical resolution. The resolution in the vertical direction of the scanning probe microscope is even better than in the horizontal direction and can be measured up to several tenths of an atomic diameter (0.01 nm). In addition, since the scanning probe microscope operates not only in a vacuum state or in the air, but also in a liquid, it can observe structures and cell division in living cells.

이에 본 발명에서는, 외부전압 및 저항을 통해 미생물의 부착 밀도 및 위치를 조절할 수 있으며, 산화 전극이 개방되어 있어 실시간 관찰 가능한 미생물 연료전지를 개발하여, 미생물과 전극 간의 상호작용을 실시간으로 확인할 수 있는 미생물 연료전지를 개발하였다. Accordingly, the present invention provides a microbial fuel cell capable of controlling the attachment density and position of microorganisms through an external voltage and a resistor, opening the oxidation electrode and observing in real time, and realizing the interaction between microorganisms and electrodes in real time Microbial fuel cell was developed.

대한민국 등록특허 제10-2014-0129853호Korean Patent No. 10-2014-0129853

Xiaocheng Jiang, PNAS, vol.107, No.39 (9.28, 2010)Xiaocheng Jiang, PNAS, vol.107, No.39 (9.28, 2010)

본 발명의 목적은 미생물 연료전지를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a microbial fuel cell.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 In order to achieve the above object,

환원반응 용기(100) 및 상기 환원반응 용기(100) 내부에 위치하는 환원 전극(202)을 포함하는 환원 전극부;A reduction electrode unit including a reduction reaction vessel 100 and a reduction electrode 202 located inside the reduction reaction vessel 100;

상기 환원반응 용기(100) 내부에 채워지는 제1전해질(300);A first electrolyte (300) filled in the reduction reaction vessel (100);

상기 환원 전극부 상부에 위치하고, 산화반응 용기(400) 및 이의 내부에 위치하는 산화 전극(201)을 포함하는 산화 전극부;An oxidation electrode unit located above the reduction electrode unit and including an oxidation reaction vessel (400) and an oxidation electrode (201) located therein;

상기 산화반응 용기(400) 내부에 채워지는 제2전해질(600); 및 A second electrolyte (600) filled in the oxidation reaction vessel (400); And

상기 환원 전극부와 상기 산화 전극부를 분리하는 분리막(700); 을 포함하며,A separation membrane (700) for separating the reduction electrode part and the oxidation electrode part; / RTI &gt;

상기 산화반응 용기(400)는 상부가 개방되어있어, 상기 산화 전극(201)이 전지 외부에서 보이도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지를 제공하는데 있다.The oxidation reaction vessel 400 is open at an upper part thereof, and the oxidation electrode 201 is designed to be visible from the outside of the cell.

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

제1항의 미생물 연료전지를 준비하는 단계;(단계 1)Preparing a microbial fuel cell according to claim 1; (step 1)

상기 미생물 연료전지에 외부회로를 통해 전압 또는 저항을 인가하는 단계;(단계 2) 및Applying a voltage or a resistance to the microbial fuel cell through an external circuit (step 2) and

상부가 개방된 상기 산화반응 용기(400)를 통하여, 상기 인가된 전압 또는 저항과 상기 산화전극으로의 미생물의 거동 및 전기적 특성을 실시간으로 확인하는 단계;(단계 3)를 포함하는 미생물 연료전지 내 미생물의 실시간 분석방법을 제공하는데 있다.Checking in real time the behavior of the applied voltage or resistance and the microorganisms to the oxidizing electrode through the oxidation reaction vessel 400 with the upper part opened; and (step 3) And a method for real-time analysis of microorganisms.

본 발명의 미생물 연료전지는, 산화 전극부의 상부가 개방되어있어, 종래의 직접적인 관찰이 어려웠던 미생물을 실시간으로 관찰할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 미생물 연료전지는 소형의 적층형으로 구성되어, 제작이 용이하고, 외부전압 또는 저항을 조절하여 전극 내 미생물의 부착 밀도 및 위치를 조절할 수 있으며, 미생물과 전극 간의 상호작용을 실시간으로 분석할 수 있는 장점이 있다. The microbial fuel cell of the present invention is advantageous in that it can observe microorganisms which are difficult to be directly observed in real time because the upper part of the oxidizing electrode part is opened. In addition, the microbial fuel cell of the present invention is formed in a compact laminate structure, is easy to manufacture, can control the attachment density and position of microorganisms in the electrode by adjusting an external voltage or resistance, There is an advantage to be able to analyze.

도 1은 본 발명에 따른 미생물 연료전지의 단면을 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 미생물 연료전지의 상단부를 나타낸 평면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 미생물 연료전지 내 미생물과 전극과의 상호작용에 대해 주사 탐침 현미경(SPM)으로 실시간으로 관찰한 결과를 나타낸 이미지이다. 1 is a cross-sectional view of a microbial fuel cell according to the present invention,
2 is a plan view showing an upper end portion of the microbial fuel cell according to the present invention,
FIG. 3 is an image showing the results of real-time observation of the interaction between the microorganism and the electrode in the microbial fuel cell according to the present invention, using a scanning probe microscope (SPM).

본 발명은The present invention

환원반응 용기(100) 및 상기 환원반응 용기(100) 내부에 위치하는 환원 전극(202)을 포함하는 환원 전극부;A reduction electrode unit including a reduction reaction vessel 100 and a reduction electrode 202 located inside the reduction reaction vessel 100;

상기 환원반응 용기(100) 내부에 채워지는 제1전해질(300);A first electrolyte (300) filled in the reduction reaction vessel (100);

상기 환원 전극부 상부에 위치하고, 산화반응 용기(400) 및 이의 내부에 위치하는 산화 전극(201)을 포함하는 산화 전극부;An oxidation electrode unit located above the reduction electrode unit and including an oxidation reaction vessel (400) and an oxidation electrode (201) located therein;

상기 산화반응 용기(400) 내부에 채워지는 제2전해질(600); 및 A second electrolyte (600) filled in the oxidation reaction vessel (400); And

상기 환원 전극부와 상기 산화 전극부를 분리하는 분리막(700); 을 포함하며,A separation membrane (700) for separating the reduction electrode part and the oxidation electrode part; / RTI &gt;

상기 산화반응 용기(400)는 상부가 개방되어있어, 상기 산화 전극(201)이 전지 외부에서 보이도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지를 제공한다.The oxidation reaction vessel (400) is open at the top, and the oxidation electrode (201) is designed to be visible from the outside of the cell.

이때, 본 발명에 따른 미생물 연료전지를 도 1의 단면도 및 도 2의 평면도를 통해 개략적으로 나타내었으며, Here, the microbial fuel cell according to the present invention is schematically shown in a sectional view of FIG. 1 and a plan view of FIG. 2,

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 미생물 연료전지를 상세히 설명한다.Hereinafter, the microbial fuel cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1의 단면도를 통해 나타낸 바와 같이, 본 발명의 미생물 연료전지는 환원반응 용기(100) 및 환원 전극(202)으로 이루어진 환원 전극부, 제1전해질(300), 산화반응 용기(400) 및 산화 전극(201)으로 이루어진 산화 전극부, 제2전해질(600), 분리막(700)을 포함할 수 있다.1, the microbial fuel cell of the present invention includes a reduction electrode unit including a reduction reaction vessel 100 and a reduction electrode 202, a first electrolyte 300, an oxidation reaction vessel 400, An electrode portion including an electrode 201, a second electrolyte 600, and a separation membrane 700.

이때, 상기 미생물 연료전지는 상기 산화 전극 및 상기 환원 전극과 연결되는 외부 회로를 더 포함할 수 있다. The microbial fuel cell may further include an external circuit connected to the oxidation electrode and the reduction electrode.

상기 외부회로는 상기 산화 전극(201)으로 이동된 전자를 환원 전극(202)으로 이동시키기 위한 것으로, 스테인레스 스틸 망에 구리선을 연결하여 사용할 수도 있으며, 가변저항기를 설치하여 외부저항을 설정할 수도 있다. The external circuit is for moving the electrons transferred to the oxidation electrode 201 to the reduction electrode 202. The external circuit may be a copper wire connected to a stainless steel network or a variable resistor may be provided to set an external resistor.

한편, 종래의 미생물 연료전지의 경우, 내부 저항이 매우 크기 때문에 외부 전원을 인가하더라도 미생물 부착 효율을 조절할 수 없었으나, 상기 미생물 연료전지는 특히 소형으로 제조되어, 외부 전원 및 저항을 연결하여 미생물 부착밀도 및 시간을 조절할 수도 있다.In the case of conventional microbial fuel cells, since the internal resistance is very large, it is impossible to control the microbial adhesion efficiency even when an external power source is applied. However, the microbial fuel cell is particularly small in size, Density and time can also be adjusted.

한편, 상기 환원 전극부에 포함되어 있는 환원반응 용기(100) 및 상기 산화 전극부에 포함되어 있는 산화반응 용기(400) 및 분리막(700)은 절연체로 구성될 수 있다. 또한, 상기 환원반응 용기(100) 및 상기 산화반응 용기(400)는 내부 표면에 산화방지막이 형성되어 있는 도체로 구성될 수도 있다.Meanwhile, the reduction reaction vessel 100 included in the reduction electrode unit and the oxidation reaction vessel 400 and the separation membrane 700 included in the oxidation electrode unit may be composed of an insulator. In addition, the reduction reaction vessel 100 and the oxidation reaction vessel 400 may be formed of a conductor having an oxidation prevention film formed on the inner surface thereof.

이는 상기 미생물 연료전지를 통해 발생된 전자가 각각의 산화반응 용기(400), 분리막(700) 및 환원반응 용기(100)로 흐르지 않게 하기 위함으로, 상기 산화반응 용기(400) 및 환원반응 용기(100)는 절연체로써, 예를 들어 아크릴로 구성될 수 있다. 또한, 상기 산화반응 용기(400) 및 환원반응 용기(100)는 예를 들어 금속 내부 표면에 폴리머 코팅을 하여 사용될 수도 있다. 분리막(700)은 양성 이온막 또는 세라믹 이온막을 포함하는 절연체로 구성되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.In order to prevent electrons generated through the microbial fuel cell from flowing into the oxidation reaction vessel 400, the separation membrane 700 and the reduction reaction vessel 100, the oxidation reaction vessel 400 and the reduction reaction vessel 100 is an insulator, for example, made of acrylic. In addition, the oxidation reaction vessel 400 and the reduction reaction vessel 100 may be used by, for example, polymer coating a metal inner surface. It is more preferable that the separator 700 is composed of an insulator including a positive ionic film or a ceramic ionic film.

한편, 상기 환원 전극(202)은 제1전해질(300) 내부 또는 표면에 위치될 수 있다. Meanwhile, the reducing electrode 202 may be disposed inside or on the surface of the first electrolyte 300.

이는 제2전해질(600)로부터 전달되어 온 전자, 양성자 및 전자수용체가 만나서 환원반응을 일으키기 위한 구성일 수 있다.This may be a configuration for allowing the electrons, protons, and electron acceptors transferred from the second electrolyte 600 to meet with each other to cause a reduction reaction.

즉, 상기 제2전해질(600) 내부 또는 표면에서는 미생물의 유기물 분해반응이 일어나며, 상기 분해반응을 통해 생성된 전자 및 양성자가 이동함에 있어, 상기 전자는 산화 전극(201)을 통해 환원 전극(202)으로 이동되며, 상기 양성자는 분리막(700)을 통해 제1전해질(300)로 이동될 수 있다. 이때 상기 환원 전극(202)으로 이동되어 온 전자에 의해 제1전해질(300) 내부에 존재하는 산소를 포함하는 전자수용체 및 상기 분리막(700)을 통해 이동된 양이온이 환원될 수 있다. That is, in the inside or on the surface of the second electrolyte 600, an organic substance decomposition reaction of microorganisms occurs. In the movement of electrons and protons generated through the decomposition reaction, the electrons pass through the oxidation electrode 201 And the protons may be transferred to the first electrolyte 300 through the separation membrane 700. [ At this time, the electron contained in the first electrolyte 300 and the cations transferred through the separation membrane 700 can be reduced by the electrons transferred to the reduction electrode 202.

예를 들어, 상기 제1전해질(300)에 포함되어 있는 전자수용체가 산소일 경우, 상기 환원반응은 하기와 같은 반응일 수 있다. For example, when the electron acceptor included in the first electrolyte 300 is oxygen, the reduction reaction may be as follows.

환원반응: 전자(e-) + 양성자(H+) + 산소(O2) --> 물(H2O)Reduction reaction: electrons (e - ) + protons (H + ) + oxygen (O 2 ) -> water (H 2 O)

한편, 상기 환원반응에서와 같이, 제1전해질(300) 내 용존산소가 포함될 수 있다. 상기 제1전해질 내 상기 용존산소는 환원 반응이 일어나도록 하기 위한 전자수용체로 사용될 수 있다. 즉, 제1전해질(300) 내부에 포함되어 있는 산소는 환원 전극(202)으로 이동되어 환원 전극(202)으로 이동된 전자를 받아 물로 환원될 수 있다. On the other hand, as in the reduction reaction, dissolved oxygen in the first electrolyte 300 may be included. The dissolved oxygen in the first electrolyte may be used as an electron acceptor to cause a reduction reaction. That is, the oxygen contained in the first electrolyte 300 may be transferred to the reducing electrode 202, and the electrons transferred to the reducing electrode 202 may be reduced to water.

이때, 상기 환원반응에 사용되는 제1전해질은 통상적인 미생물 연료전지에서 사용되는 환원반응을 위한 전해질이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. At this time, the first electrolyte used in the reduction reaction can be used without limitation, as long as it is an electrolyte for a reduction reaction used in a conventional microbial fuel cell.

예를 들어, 제1전해질(300)은 0.1 그람 NaCl을 함유하는 0.05몰 인산염 완충용액(pH 7.0)일 수도 있다.For example, the first electrolyte 300 may be a 0.05 molar phosphate buffer solution (pH 7.0) containing 0.1 gram NaCl.

또한, 상기 산화 전극(201)은 제2전해질 내부 또는 표면에 위치될 수 있다. In addition, the oxidation electrode 201 may be located inside or on the surface of the second electrolyte.

이는 상기 제2전해질(600) 내에 포함되어 있는 미생물이 상기 제2전해질(600) 내에 포함되어 있는 유기물을 분해하면서 발생되는 전자를 산화 전극(201)으로 이동시키기 위해 구성일 수 있다. 또한, 상기 미생물과 상기 산화 전극(201)과의 상호작용을 개방되어 있는 산화전극부의 상부를 통하여 실시간으로 관찰하기 위한 구성일 수 있다. This is because the microorganisms contained in the second electrolyte 600 may be configured to transfer electrons generated by the decomposition of the organic matter contained in the second electrolyte 600 to the oxidizing electrode 201. In addition, the microorganism may be configured to observe the interaction between the microorganism and the oxidation electrode 201 in real time through the upper part of the open oxidation electrode.

한편, 상기 제2전해질(600)은 미생물과 함께, 유기물을 포함하는 혐기성 상태의 액상 물질일 수 있다. 상기 유기물은 상기 미생물에 의해 분해되어 전자 및 양성자를 생성시키며, 이때 제2전해질(600)에 포함되어 있는 미생물은 전기화학적으로 활성을 가질 수 있어, 이때 생산된 전자를 산화 전극(201)으로 전달할 수도 있다. 또한, 상기 산화 전극(201)에 전달된 전자는 상기 산화 전극(201)에 연결 회로를 통하여 환원 전극(202)으로 이동하며, 이 과정에서 외부회로에 직결된 부하에서 전기에너지를 회수될 수도 있다. Meanwhile, the second electrolyte 600 may be an anaerobic liquid material including an organic material together with microorganisms. The organic material is decomposed by the microorganism to generate electrons and protons. At this time, the microorganisms contained in the second electrolyte 600 can be electrochemically activated, and the produced electrons are transferred to the oxidizing electrode 201 It is possible. The electrons transferred to the oxidation electrode 201 move to the oxidation electrode 201 through the connection circuit to the reduction electrode 202. In this process, the electric energy may be recovered from the load directly connected to the external circuit .

이때, 상기 사용되는 제2전해질(600)은 통상적인 미생물 연료전지에서 사용될 수 있는 산화 반응을 위한 전해질이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. At this time, the second electrolyte 600 may be used as an electrolyte for an oxidation reaction that can be used in conventional microbial fuel cells without any particular limitation.

예를 들어, 상기 제2전해질(600)은 미생물이 포함되어 있는 인공폐수 일 수 있다. 인공폐수는 유기물로 글루코오스(COD 기준, 1000 mg/L)를 사용하고 영양염류 및 비타민을 소량 혼합하여 사용할 수 있으며, 전도도를 조절하기 위해 NH4Cl 및 KCl을 사용할 수도 있다. For example, the second electrolyte 600 may be artificial wastewater containing microorganisms. Artificial wastewater can be prepared by using glucose (COD standard, 1000 mg / L) as an organic substance, mixing a small amount of nutrients and vitamins, and using NH 4 Cl and KCl to control the conductivity.

이때, 상기 제2전해질(600)은 산소가 없는 혐기성 상태일 수 있으며 이를 위해 예를 들어, 제2전해질(600)을 가스 정제 오븐에 통과시켜 산소를 완전히 제거시킨 질소를 주입함으로써 용존산소를 제거한 후 밀폐시켜 얻을 수도 있으며, 또는 상기 미생물이 성장하면서 용존 산소를 소비하기 때문에 별도의 질소 또는 이산화탄소 등의 폭기없이 혐기성 상태가 만들어질 수도 있다.In this case, the second electrolyte 600 may be an anaerobic state without oxygen. For this purpose, for example, the second electrolyte 600 is passed through a gas purification oven to remove nitrogen (O 2) Or the anaerobic state may be produced without aeration such as nitrogen or carbon dioxide because the microorganisms consume dissolved oxygen while growing.

한편, 상기 제2전해질(600)에 포함되어 있는 상기 미생물은 유기물 분해에 따른 환원력을 산화반응에 이용하여 전류를 생성시킬 수 있는 미생물이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. Meanwhile, the microorganisms contained in the second electrolyte 600 can be used without any particular limitation as long as they are microorganisms capable of generating a current by using a reducing power generated by organic material decomposition in an oxidation reaction.

이때, 상기 미생물은 전기화학 활성 미생물로 금속염 환원세균일 수 있다. 예를 들어 상기 미생물은 디설포비브리오 불가리스(Disulfovibrio vulgaris), 지오박터 메탈리리듀슨스(Geobacter metallireducens), 지오박터 설퍼리듀슨스(Geobacter sulfurreducens), 또는 스와넬라 오네이덴시스(Shewanella oneidensis)일 수 있다. 이러한 금속염 환원세균은 전자수용체로서 크롬(Ⅵ), 우라늄(Ⅵ), 비소(Ⅴ), 철(Ⅲ), 또는 망간(Ⅳ)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 디설포비브리오 불가리스는 락테이트를 기질로, 크롬(Ⅵ), 우라늄(Ⅵ), 또는 비소(Ⅴ)를 전자수용체로 사용할 수 있고; 지오박터 메탈리리듀슨스는 아세테이트 또는 수소를 기질로, 철(Ⅲ), 망간(Ⅳ), 또는 우라늄(Ⅵ)을 전자수용체로 사용할 수 있고; 지오박터 설퍼리듀슨스는 아세테이트를 기질로, 철(Ⅲ) 또는 망간(Ⅳ)을 전자수용체로 사용할 수 있으며; 스와넬라 오네이덴시스는 락테이트 또는 피루베이트를 기질로, 철(Ⅲ), 망간(Ⅳ), 또는 우라늄(Ⅵ)을 전자수용체로 사용할 수 있다. 이러한 전기화학 활성 미생물은 호기성 미생물로, 상기 유기오염물을 먹이로 사용하여 수중의 산소를 고갈시켜 수중의 용존산소량은 매우 낮은 혐기성 상태일 수도 있다.At this time, the microorganism is an electrochemically active microorganism and may be a metal salt reducing bacterium. For example, the microorganism may be Disulfovibrio vulgaris, Geobacter metallireducens, Geobacter sulfurreducens, or Shewanella oneidensis . These metal salt reducing bacteria may use chromium (VI), uranium (VI), arsenic (V), iron (III), or manganese (IV) as electron acceptors. Specifically, disulfobibrio vulgaris can use lactate as a substrate, chromium (VI), uranium (VI), or arsenic (V) as electron acceptors; Geobacter metallurgicals can use acetate or hydrogen as a substrate, iron (III), manganese (IV), or uranium (VI) as electron acceptors; Geobacter sulperi Dudson can use acetate as substrate and iron (III) or manganese (IV) as electron acceptors; Suwaneolaoneidensis can use lactate or pyruvate as a substrate and iron (III), manganese (IV), or uranium (VI) as electron acceptors. Such an electrochemically active microorganism is an aerobic microorganism, and it may be an anaerobic state in which the amount of dissolved oxygen in the water is very low by depleting oxygen in the water using the organic pollutant as a food.

한편, 본 발명에 따른 상기 산화 전극(201) 및 상기 환원 전극(202)은 흑연을 포함하는 물질일 수 있다. Meanwhile, the oxidizing electrode 201 and the reducing electrode 202 according to the present invention may be a material containing graphite.

이때, 상기 산화전극은 유기물의 전자가 흐르는 공간으로서 유기성 하폐수의 직접적인 전자수용체로 볼 수 있다. 상기 산화 전극(201)은 미생물과 친화성이 좋고 제1전해질과 상기 산화 전극(201) 표면 사이의 계면저항이 작은 전도성 물질일 수 있으며, 또한, 단위부피당 비표면적이 넓고 제1전해질에서 화학적으로 안정한 물질로 내구성이 좋은 재료가 사용될 수 있다. 상기 조건을 만족하는 것으로 예를 들어 흑연을 포함하는 물질일 수 있으며, 상기 흑연을 포함하는 산화 전극(201)의 형태가 흑연평판, 흑연봉, 흑연펠트, 탄소폼, 망상유리탄소, 흑연쉬트, 탄소섬유 및 탄소나노튜브 등을 가질 수도 있다. At this time, the oxidation electrode can be regarded as a direct electron acceptor of organic wastewater as a space through which electrons of organic matter flow. The oxidation electrode 201 may be a conductive material having good affinity with microorganisms and having a small interface resistance between the first electrolyte and the surface of the oxidation electrode 201. The oxidation electrode 201 may have a large specific surface area per unit volume, Durable materials can be used as stable materials. The shape of the oxidation electrode 201 including the graphite may be a graphite plate, a black rope, a graphite felt, a carbon foam, a reticulated glass carbon, a graphite sheet, Carbon fibers and carbon nanotubes.

또한, 산화 전극(201)재료의 전도성은 일반적으로 전극에서 1 cm 간격의 2점 사이 저항(Ω/cm)으로서 평가될 수 있으며, 저항의 역수인 도전율(S/m)로서 나타낼 수 있다. 상기 미생물연료전지에서 산화 전극(201)의 표면에 생물막 형태로 존재하는 전기적으로 활성을 가진 미생물에 의해 유기물이 분해되어 전자가 만들어지면, 전자는 산화 전극(201)으로 전달되고 산화 전극(201)을 통과될 수 있다. 이때 상기 산화 전극(201) 재료의 전도성이 좋지 않을 경우 유기물의 분해에 의해 생성된 전자는 산화 전극(201)을 통과하는 동안 저항을 받게 되며, 결국 미생물연료전지에서 생산하는 전력밀도가 감소될 수도 있다. In addition, the conductivity of the material of the oxidizing electrode 201 can be generally evaluated as a resistance between two points (Ω / cm) at an interval of 1 cm from the electrode, and can be expressed as a conductivity S / m which is an inverse of resistance. In the microbial fuel cell, when an organic material is decomposed by an electrically active microorganism existing in the form of a biofilm on the surface of the oxidizing electrode 201, electrons are transferred to the oxidizing electrode 201, Lt; / RTI &gt; At this time, if the conductivity of the material of the oxidizing electrode 201 is not good, the electrons generated by the decomposition of the organic material are subjected to resistance while passing through the oxidizing electrode 201, and the power density produced by the microbial fuel cell may be decreased have.

한편, 환원 전극(202)은 환원반응이 원활하게 진행되도록 전자를 반응지점까지 공급하기 위해 전도성 물질이 사용될 수 있다. 또한, 상기 환원 전극(202)은 환원 반응이 효율적으로 진행되도록 넓은 비표면적을 가질 수 있으며, 내구성이 필요할 수도 있다. 이에 상기 산화 전극(201)과 같이 흑연을 포함하는 물질을 사용될 수도 있다. On the other hand, a conductive material may be used for supplying electrons to the reaction point so that the reduction reaction proceeds smoothly. Also, the reduction electrode 202 may have a large specific surface area so that the reduction reaction proceeds efficiently, and durability may be required. A material including graphite may be used as the oxidation electrode 201.

탄소 기반 물질들은 대체적으로 환원 전극(202)재료의 요건들을 만족시킬 수 있다. 예를 들어 탄소 페이퍼 및 헝겊, 흑연 펠트, 흑연 섬유직물, 입상 흑연, 망상유리탄소, 흑연 섬유 브러쉬 등이 사용될 수도 있다. The carbon-based materials can generally satisfy the requirements of the reducing electrode 202 material. For example, carbon paper and cloth, graphite felt, graphite fiber cloth, granular graphite, reticulated glass carbon, graphite fiber brush and the like may be used.

이에, 상기 산화 전극(201) 및 상기 환원 전극(202) 모두 높은 전도성과 비부식성, 높은 비표면적(전극의 부피당 면적), 높은 공극률, 비부착성, 경제성 및 제작용이성 등을 가진 물질일 수 있다. 한편, 상기 흑연은 다양한 형태가 사용될 수 있으며, Therefore, both the oxidizing electrode 201 and the reducing electrode 202 may be materials having high conductivity and non-corrosiveness, high specific surface area (area per unit area of the electrode), high porosity, non-adherence, economical efficiency, . Meanwhile, the graphite may be used in various forms,

예를 들어, 흑연막대(graphite rod)일 수 있으며, 흑연과립(graphite granule) 형태일 수 있다. 또한, 비표면적과 다공성이 우수한 흑연섬유(graphite fiber) 또는 흑연브러쉬(graphite brush) 형태일 수도 있다. For example, it may be a graphite rod and may be in the form of a graphite granule. It may also be in the form of a graphite fiber or a graphite brush having excellent specific surface area and porosity.

한편, 본 발명의 분리막(700)은 이온 이동이 가능한 분리막일 수 있다.Meanwhile, the separation membrane 700 of the present invention may be a separation membrane capable of ion migration.

상기 분리막(700)은 미생물 연료전지에서 제1전해질과 제2전해질을 분리하는 역할을 하는 분리막인 것이 바람직하다. 즉, 환원반응 용기(100) 내부에 채워져 있는 제1전해질이 산화 전극(201)으로 유입되지 않으면서 동시에 산화 전극(201)에서 생성되는 양이온을 환원 전극(202)에 전달시키는 역할을 수행하며, 상기 분리막(700)은 또한 용액 속의 다른 이온이나 물질이 쉽게 통과되지 못하게 하는 역할을 수행할 수도 있다. The separator 700 is preferably a separator for separating the first electrolyte and the second electrolyte from the microbial fuel cell. That is, the first electrolyte filled in the reduction reaction vessel 100 does not flow into the oxidation electrode 201, and at the same time, transfers the positive ions generated from the oxidation electrode 201 to the reduction electrode 202, The separation membrane 700 may also serve to prevent other ions or substances in the solution from passing easily.

예를 들어 산화 전극(201)에서 환원 전극(202)으로의 유기물의 손실을 줄이는 역할을 하고, 동시에 환원 전극(202)에서 산화 전극(201)으로의 산소전달을 억제해서 전하량효율을 높이는 역할을 할 수도 있다.For example, to reduce the loss of organic matter from the oxidation electrode 201 to the reduction electrode 202 and at the same time to suppress the oxygen transfer from the reduction electrode 202 to the oxidation electrode 201 to increase the charge efficiency You may.

이때, 상기 분리막(700)은 선택적 양성자 전도성이 우수하며, 양성자를 제외한 유기물, 산소, 전자 등과 같은 산화 전극(201) 및 환원 전극(202)에서 일어나는 반응의 반응물 또는 생성물이 서로 혼합되지 않도록 분리하는 기능을 하는 소재를 사용할 수 있다. 또한, 화학적으로 안정하여 부식성이 없어야 하며, 내구성이 있는 재료를 사용할 수도 있다. At this time, the separation membrane 700 has excellent selective proton conductivity, and separates the reactants or products of reactions occurring in the oxidation electrode 201 such as organic substances, oxygen, electrons, etc., except for the protons, You can use materials that function. Further, it should be chemically stable and not corrosive, and a durable material may be used.

예를 들어 상기 분리막(700)으로 양이온 교환막인 나피온막이 사용될 수 있으며 또한 세라믹 막이 사용될 수도 있다.For example, a Nafion membrane, which is a cation exchange membrane, may be used for the separation membrane 700, and a ceramic membrane may also be used.

또한, 상기 분리막(700)은 산화 전극(201)에서 생성된 이온을 환원 전극(202)으로 전달하여야 하기 때문에 양성자교환막(proton exchange membrane, PEM), 음이온 교환막 또는 수소이온 교환막이 사용될 수 있다. The separation membrane 700 may be formed of a proton exchange membrane (PEM), an anion exchange membrane, or a proton exchange membrane, since ions generated in the oxidation electrode 201 must be transferred to the reduction electrode 202.

한편, 상기 산화반응 용기(400)는 상부가 개방된 형태를 하고 있는 것을 특징으로 한다. 이는, 산화반응 용기(400) 내부에 있는 산화 전극(201)을 관찰할 수 있도록 노출 시키기 위한 것으로, 상기 상부가 개방된 산화반응 용기(400)를 통해, 상기 산화 전극(201)이 노출됨으로써, 미생물 연료전지 작동 시 산화 전극(201) 표면에서 일어나는 미생물의 부착 및 미생물과 전극의 상호작용으로 인한 전류의 발생을 실시간으로 직접 관찰할 수도 있다. Meanwhile, the oxidation reaction vessel 400 is characterized in that its top is open. This is to expose the oxidation electrode 201 in the oxidation reaction vessel 400 so that the oxidation electrode 201 can be observed. The oxidation electrode 201 is exposed through the oxidation reaction vessel 400 in which the upper part is opened, It is possible to directly observe the generation of current due to the adhesion of the microorganisms and the interaction of the microorganisms and the electrodes occurring on the surface of the oxidizing electrode 201 during the operation of the microbial fuel cell.

종래의 경우 미생물을 관찰하기 위해 미생물의 염색 또는 도금을 통해 미생물 부착물을 광학, 전자현미경 또는 형광현미경으로 관찰하는 방식의 경우, 미생물의 반응을 실시간으로 관찰하기 어렵다는 한계를 가지고 있다. 반면, 본 발명의 경우, 미생물 연료전지 내 미생물과 전극과의 반응에 대해, 실제상태와 같거나 유사한 환경에서 활동을 멈추지 않은 미생물과 전극 사이의 상호작용을 관찰함으로써, 직접적인 분석이 가능하다.Conventionally, in the case of observing microbial deposit through optical, electron microscope or fluorescence microscope through microbial dyeing or plating to observe microbes, it is difficult to observe microbial reaction in real time. On the other hand, in the case of the present invention, it is possible to directly analyze the reaction between the microorganism and the electrode in the microbial fuel cell by observing the interaction between the microorganism and the electrode which is not stopped in the same or similar condition as the actual state.

예를 들어, 본 발명의 미생물 연료전지는 주사 탐침 현미경(SPM)을 통해 살아있는 미생물의 상태, 이동특성 및 전자 전달 특성을 실시간으로 분석할 수도 있다.For example, the microbial fuel cell of the present invention can analyze live microbial state, migration characteristics and electron transfer characteristics in real time through a scanning probe microscope (SPM).

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

제1항의 미생물 연료전지를 준비하는 단계;(단계 1)Preparing a microbial fuel cell according to claim 1; (step 1)

상기 미생물 연료전지에 외부회로를 통해 전압 또는 저항을 인가하는 단계;(단계 2) 및Applying a voltage or a resistance to the microbial fuel cell through an external circuit (step 2) and

상부가 개방된 상기 산화반응 용기(400)를 통하여, 상기 인가된 전압 또는 저항과 상기 산화전극으로의 미생물의 거동 및 전기적 특성을 실시간 확인하는 단계;(단계 3)를 포함하는 미생물 연료전지 내 미생물의 실시간 분석방법을 제공한다. Checking in real time the electrical characteristics or the behavior of the microorganisms to the applied voltage or resistance and the oxidizing electrode through the oxidation reaction vessel 400 with the upper part opened; and (step 3) the microorganism in the microbial fuel cell Real-time analysis method.

이하, 본 발명에 따른 미생물 연료전지 내 미생물의 실시간 분석방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for real-time analysis of microorganisms in a microbial fuel cell according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 미생물 연료전지 내 미생물을 실시간 분석하는 방법에 있어, 단계 1은 미생물 연료전지를 준비하는 단계이다. In a method for real-time analysis of microorganisms in a microbial fuel cell according to the present invention, Step 1 is a step of preparing a microbial fuel cell.

이는 상기 제조방법에 의해 제조된 미생물 연료전지를 준비하는 단계이다.This is a step of preparing the microbial fuel cell manufactured by the above-mentioned production method.

본 발명에 따른 미생물 연료전지 내 미생물을 실시간 분석하는 방법에 있어, 단계 2는 미생물 연료전지에 외부회로를 통해 전압 또는 저항을 인가하는 단계이다. In the method for real-time analysis of microorganisms in a microbial fuel cell according to the present invention, step 2 is a step of applying a voltage or a resistance through an external circuit to the microbial fuel cell.

이는 상기 산화 전극(201)에 미생물을 부착하는 단계로, 상기 미생물 연료전지의 산화 전극(201) 및 환원 전극(202)에 연결된 외부회로에 외부 전압 및 저항을 인가함으로써, 상기 산화 전극(201)에 부착되는 미생물의 부착밀도를 조절할 수 있다. This is a step of attaching microorganisms to the oxidizing electrode 201 and applying an external voltage and a resistance to an external circuit connected to the oxidizing electrode 201 and the reducing electrode 202 of the microbial fuel cell, The adhesion density of the microorganisms adhering to the membrane can be controlled.

본 발명에 따른 미생물 연료전지 내 미생물을 실시간 분석하는 방법에 있어, 단계 3은 상부가 개방된 상기 산화반응 용기(400)를 통하여, 미생물의 거동 및 전기화학적 특성을 실시간 확인하는 단계이다. 즉, 상기 단계 2를 통해 미생물의 상기 산화 전극(201) 표면에 부착시켜, 제2전해질 내부 또는 표면에 있는 산화 전극(201)의 표면에 부착된 미생물의 거동 및 전기적 특성 확인할 수 있다.In the method for real-time analysis of microorganisms in the microbial fuel cell according to the present invention, Step 3 is a step of real-time checking the behavior and electrochemical characteristics of the microorganisms through the oxidation reaction vessel 400 with the upper part opened. That is, by attaching the microorganism to the surface of the oxidizing electrode 201 through the step 2, the behavior and electrical characteristics of the microorganisms adhered to the surface of the oxidizing electrode 201 inside or on the surface of the second electrolyte can be confirmed.

한편, 상기 단계 3의 확인은 주사 탐침 현미경(SPM)을 통해 수행될 수도 있다. 종래의 미생물 연료전지 내 미생물의 관찰을 위한 주사 탐침 현미경(SPM) 분석은 상기 산화 전극(201)을 분리한 후 건조시켜 관찰하는 방법으로, 실시간으로 살아있는 미생물과 전극간의 상호작용을 확인할 수 없었으나, 본 발명에 따른 산화전극이 노출되어 있는 미생물 연료전지를 주사 탐침 현미경 분석을 위한 시편으로 사용함으로써, 살아있는 미생물과 전극간의 상호작용을 실시간으로 관찰할 수도 있다.On the other hand, the confirmation of step 3 may be performed through a scanning probe microscope (SPM). In the conventional SPM analysis for observing microorganisms in a microbial fuel cell, the oxidizing electrode 201 is separated and dried to observe the interaction between living microbes and electrodes in real time , The interaction between living microorganisms and electrodes can be observed in real time by using a microbial fuel cell in which an oxidizing electrode according to the present invention is exposed as a specimen for a scanning probe microscope analysis.

이때, 상기 주사 탐침 현미경(SPM)은, 원자력 현미경(AFM; Atomic Force Microscope), 스캐닝 터널링 현미경(STM; Scanning Tunneling Microscope), 측면력 현미경(LFM; Lateral Force Microscope), 자기력 현미경(MFM; Magnetic Force Microscope), 전기력 현미경(EFM; Electrostatic Force Microscope), 스캐닝 커패시턴스(capacitance) 현미경, 터널링 원자력 현미경 및 전도성 원자력 현미경(CAFM; Conducting Atomic Force Microscope)인 군으로부터 선택되는 1종을 선택하여 살아있는 미생물과 전극간의 상호작용을 실시간으로 관찰할 수도 있다.The scanning probe microscope (SPM) may be an AFM (Atomic Force Microscope), a Scanning Tunneling Microscope (STM), a Lateral Force Microscope (LFM), a Magnetic Force Microscope A selection between a living microorganism and an electrode is selected by selecting one selected from the group consisting of a microscope, an electrostatic force microscope (EFM), a scanning capacitance microscope, a tunneling atomic force microscope, and a conductive atomic force microscope (CAFM) Interactions can also be observed in real time.

이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples and experimental examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.It should be noted, however, that the following examples and experimental examples are illustrative of the present invention, but the scope of the invention is not limited by the examples and the experimental examples.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

단계 1: 아크릴로 소재로 구성된 환원반응 용기(100)를 준비하고, 상기 환원반응 용기(100) 하단부에 흑연으로 구성된 전극을 수평하게 형성하여 환원 전극부를 형성하였다.Step 1: A reduction reaction vessel 100 made of an acrylic material was prepared, and an electrode made of graphite was horizontally formed at the lower end of the reduction reaction vessel 100 to form a reduction electrode unit.

단계 2: 상기 형성된 환원반응 용기(100) 내부를 0.1 그람 NaCl을 함유하는 0.05몰 인산염 완충용액(pH 7.0)을 채웠다.Step 2: The inside of the formed reduction reaction vessel 100 was filled with 0.05 molar phosphate buffer solution (pH 7.0) containing 0.1 g NaCl.

단계 3: 상기 형성된 환원반응 용기(100) 상단에 분리막(700)으로 키토산과 제올라이트 혼합물을 결합시킨 폴리프로필렌 부직포를 설치하였다.Step 3: A polypropylene nonwoven fabric in which a chitosan and a zeolite mixture are combined with a separation membrane 700 is installed on the upper part of the formed reduction reaction vessel 100.

단계 4: 상기 분리막(700) 상단에 상부가 개방된 아크릴 소재로 구성된 산화반응 용기(400)를 형성시키고, 상기 산화반응 용기(400) 내부에 흑연으로 구성된 전극을 수평하게 형성하여 산화 전극부를 형성시켰다. Step 4: An oxidation reaction vessel 400 composed of an acrylic material having an open upper part is formed on the upper part of the separation membrane 700, and an electrode composed of graphite is horizontally formed in the oxidation reaction vessel 400 to form an oxidation electrode part .

단계 5: 산화반응 용기(400), 상기 분리막(700) 및 상기 환원반응 용기(100)가 겹쳐있는 각각의 양끝을 고무링과 나사를 이용하여, 용액들이 밖으로 세어나가지 않도록 조립하였다.Step 5: Both ends of the oxidation reaction vessel 400, the separation membrane 700, and the reduction reaction vessel 100 are overlapped with each other using a rubber ring and a screw so as to prevent the solutions from being washed out.

단계 6: 상기 형성된 산화반응 용기(400) 내부에 스와넬라 오네이덴시스(Shewanella oneidensis)와 락테이트를 포함하는 인공폐수를 넣었다.Step 6: Artificial wastewater containing Shewanella oneidensis and lactate was placed in the oxidation reaction vessel 400 formed above.

단계 7: 상기 환원반응 요기 내부에 형성시킨 전극 및 상기 산화반응 내부 에 형성시킨 전극을 외부회로에 연결하였다. Step 7: An electrode formed inside the reduction reaction vessel and an electrode formed inside the oxidation reaction were connected to an external circuit.

<실험예 1> 주사 탐침 현미경(SPM)을 통한 살아있는 미생물 연료전지 내 미생물의 실시간 거동 관찰Experimental Example 1: Real-time observation of microorganisms in a living microbial fuel cell using a scanning probe microscope (SPM)

미생물 연료전지 내 미생물의 실시간 거동을 관찰하기 위해 상기 실시예 1에 의해 제조된 미생물 연료전지를 준비한 후, 외부회로를 통해 전압 및 저항을 인가하여, 산화 전극(201) 내 미생물을 부착시켰다. 이때, 상부가 개방된 상기 산화반응 용기(400)를 통하여, 주사 탐침 현미경(SPM)으로, 상기 산화 전극(201)에 부착된 미생물의 전기적 특성을 실시간으로 관찰하였으며, 실시간 관찰한 결과를 도 3을 통해 나타내었다.In order to observe the real-time behavior of the microorganisms in the microbial fuel cell, the microbial fuel cell prepared in Example 1 was prepared, and then a voltage and a resistance were applied through an external circuit to adhere the microorganisms in the oxidizing electrode 201. At this time, the electrical characteristics of the microorganisms adhered to the oxidation electrode 201 were observed in real time through a scanning probe microscope (SPM) through the oxidation reaction vessel 400 having an opened upper part. Respectively.

도 3에서 나타낸 바와 같이, 실시간 분석을 통해, 미생물을 관찰한 결과, 상기 미생물은 전자전달을 위한 생체 나노와이어를 생성함을 알 수 있었으며, 시간에 따른 나노와이어의 형태 및 크기를 실시간으로 확인할 수 있다.As shown in FIG. 3, the microorganisms were observed through real-time analysis. As a result, it was found that the microorganisms produced bio-nanowires for electron transfer, and the morphology and size of the nanowires were observed in real time have.

100: 환원반응 용기
201: 산화 전극
202: 환원 전극
300: 제1전해질
400: 산화반응 용기
600: 제2전해질
700: 분리막
800: 나사
900: 고무링100: reduction reaction vessel
201: oxidizing electrode
202: reduction electrode
300: First electrolyte
400: Oxidation reaction vessel
600: Second electrolyte
700: membrane
800: Screw
900: Rubber ring

Claims (15)

환원반응 용기 및 상기 환원반응 용기 내부에 위치하는 환원 전극을 포함하는 환원 전극부;
상기 환원반응 용기 내부에 채워지는 제1전해질;
상기 환원 전극부 상부에 위치하고, 산화반응 용기 및 이의 내부에 위치하는산화 전극을 포함하는 산화 전극부;
상기 산화반응 용기 내부에 채워지는 제2전해질; 및
상기 환원 전극부와 상기 산화 전극부를 분리하는 분리막; 을 포함하며,
상기 산화반응 용기는 상기 환원반응 용기와 마주보는 면의 대향하는 면의 적어도 일부가 개방되도록 상부가 개방되어있어, 사용자가 상기 산화 전극의 대향하는 면을 관찰할 수 있도록 상기 산화 전극의 대향하는 면이 전지 외부에서 보이도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
A reduction electrode unit including a reduction reaction vessel and a reduction electrode disposed inside the reduction reaction vessel;
A first electrolyte filled in the reduction reaction vessel;
An oxidation electrode unit located above the reduction electrode unit and including an oxidation reaction vessel and an oxidation electrode positioned inside the oxidation reaction vessel;
A second electrolyte filled in the oxidation reaction vessel; And
A separation membrane for separating the reduction electrode unit and the oxidation electrode unit; / RTI &gt;
Wherein the oxidation reaction vessel is open at an upper portion so that at least a part of an opposite surface of the oxidation reaction vessel is opposed to the oxidation reaction vessel, Is designed to be visible from the outside of the cell.
제1항에 있어서, 상기 미생물 연료전지는 상기 산화 전극 및 상기 환원 전극과 연결되는 외부 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the microbial fuel cell further comprises an external circuit connected to the oxidation electrode and the reduction electrode.
제1항에 있어서, 상기 환원반응 용기, 상기 산화반응 용기 및 분리막은 절연체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the reduction reaction vessel, the oxidation reaction vessel, and the separation membrane are made of an insulator.
제1항에 있어서, 상기 환원반응 용기 및 상기 산화반응 용기는 도체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the reduction reaction vessel and the oxidation reaction vessel are made of conductors.
제4항에 있어서, 상기 미생물 연료전지는 상기 환원반응 용기 및 산화반응 용기 내부 표면에 산화방지막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
5. The microbial fuel cell according to claim 4, wherein the microbial fuel cell has an oxidation preventing film formed on the inner surface of the reduction reaction vessel and the oxidation reaction vessel.
제1항에 있어서, 상기 환원 전극은 상기 제1전해질 내부 또는 표면에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the reducing electrode is located inside or on the surface of the first electrolyte.
제1항에 있어서, 상기 제1전해질은 용존산소를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the first electrolyte contains dissolved oxygen.
제1항에 있어서, 상기 산화 전극은 상기 제2전해질 내부 또는 표면에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the oxidizing electrode is located inside or on the surface of the second electrolyte.
제1항에 있어서, 상기 제2전해질은 유기물을 더 포함하고, 혐기성의 액상물질인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the second electrolyte further comprises an organic substance and is an anaerobic liquid substance.
제1항에 있어서, 상기 산화 전극 및 및 상기 환원 전극은 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the oxidizing electrode and the reducing electrode comprise graphite.
제1항에 있어서, 상기 분리막은 이온의 이동이 가능한 분리막인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the separation membrane is a separation membrane capable of moving ions.
제1항의 있어서, 상기 미생물 연료전지는 주사 탐침 현미경(SPM)을 통해 살아있는 미생물의 상태, 이동특성 및 전자 전달 특성을 실시간으로 분석 가능한 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
The microbial fuel cell according to claim 1, wherein the microbial fuel cell is capable of analyzing the state, migration characteristics and electron transfer characteristics of living microorganisms through a scanning probe microscope (SPM) in real time.
제1항의 미생물 연료전지를 준비하는 단계;(단계 1)
상기 미생물 연료전지에 외부회로를 통해 전압 또는 저항을 인가하는 단계;(단계 2) 및
상부가 개방된 상기 산화반응 용기를 통하여, 상기 인가된 전압 또는 저항과 상기 산화전극으로의 미생물의 거동 및 전기적 특성을 실시간으로 확인하는 단계;(단계 3)를 포함하는 미생물 연료전지 내 미생물의 실시간 분석방법.
Preparing a microbial fuel cell according to claim 1; (step 1)
Applying a voltage or a resistance to the microbial fuel cell through an external circuit (step 2) and
(3) checking, in real time, the behavior or the electrical characteristics of the applied voltage or resistance and the microorganisms to the oxidized electrode through the oxidation reaction vessel in which the upper part is opened; Analysis method.
제13항에 있어서, 상기 단계 3의 확인은 주사 탐침 현미경(SPM)을 통해 하는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지 내 미생물의 실시간 분석방법.
14. The method according to claim 13, wherein the confirmation of step 3 is performed through a scanning probe microscope (SPM).
제14항에 있어서, 상기 주사 탐침 현미경(SPM)은, 원자력 현미경(AFM; Atomic Force Microscope), 스캐닝 터널링 현미경(STM; Scanning Tunneling Microscope), 측면력 현미경(LFM; Lateral Force Microscope), 자기력 현미경(MFM; Magnetic Force Microscope), 전기력 현미경(EFM; Electrostatic Force Microscope), 스캐닝 커패시턴스(capacitance) 현미경, 터널링 원자력 현미경 및 전도성 원자력 현미경(CAFM; Conducting Atomic Force Microscope)인 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지 내 미생물의 실시간 분석방법.
15. The method of claim 14, wherein the scanning probe microscope (SPM) comprises at least one of an Atomic Force Microscope (AFM), a Scanning Tunneling Microscope (STM), a Lateral Force Microscope (LFM) (MFM), an electrostatic force microscope (EFM), a scanning capacitance microscope, a tunneling atomic force microscope, and a conductive atomic force microscope (CAFM). A method for real - time analysis of microorganisms in microbial fuel cells.
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Citations (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101224672B1 (en) 2002-11-27 2013-01-22 세인트 루이스 유니버시티 Enzyme immobilization for use in biofuel cells and sensors
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