Oxygen biocathode based on laccase Pleurotus ostreatus HK-35 for biofuel cell

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The main reasons that make mankind look for new sources of energy are decreasing dependence on fossil fuels and reducing pollution. Wastewater treatment with the help of microbial fuel cells is an area where these two goals can be combined. Microbial fuel cells, in which microorganisms catalyze the oxidation of organic substances, represent a new and promising alternative for electricity generation. The creation of an efficient cathode in such systems is the important problem. It is evident that in these applications an oxygen (air) electrode is a promising cathode. In this study, the oxygen biocathode based on the laccase enzyme Pleurotus ostreatus HK-35 was developed and its electrochemical properties were studied depending on the immobilization method of the enzyme on the surface of a carbon-graphite electrode and the type of the electrolyte. It was experimentally established that laccase injection using a sol-gel matrix was the effective method for immobilizing laccase on the surface of a carbon-graphite electrode. It was shown that the more efficient operation of the laccase-based biocathode was observed in a phosphate-citrate (pH 4.0) buffer solution, i.e., in an acidic environment.

About the authors

Marija Olegovna Meshherjakova

Saratov State University

83, Astrakhanskaya St., Saratov, 410012

Margarita Viktorovna Filippova

Saratov State University

83, Astrakhanskaya St., Saratov, 410012

Gennadiy Leonidovich Burygin

Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms of RAS

ORCID iD: 0000-0001-8031-9641
13, Entuziastov Ave, Saratov, 410049

Ivan Alekseevich Kazarinov

Saratov State University

83, Astrakhanskaya St., Saratov, 410012

References

  1. Logan E., Rabaey K. Conversion of Wastes into Bioelectricity and Chemicals by Using Microbial Electrochemical Technologies // Science. 2012. Vol. 337. P. 686–690. https://doi.org/10.1126/science.1217412
  2. Largus T. Angenent, Khursheed Karim, Muthanna H. Al-Dahhan, Brian A. Wrenn, Rosa Domiguez-Espinosa. Production of bioenergy and biochemicals from industrial and agricultural wastewater // TRENDS in Biotechnology. 2004. Vol. 22, № 9. P. 478–485. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2004.07.001
  3. Казаринов И. А., Мещерякова М. О., Сверчкова Л. В., Олискевич В. В., Севостьянов В. П. Моделирование процесса очистки сточных вод, содержащих органические вещества, с помощью микробных биоэлектрохимических технологий // Электрохимическая энергетика. 2018. Т. 18, № 4. С. 199–210. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2018-18-4-199-210
  4. Мещерякова М. О., Дронникова К. С., Казаринов И. А. Разработка эффективного электрокатализатора для катода микробного топливного элемента // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии : межвуз. сб. науч. тр. XV Вcерос. конф. молодых ученых с международ. участием. Саратов : Изд" во «Саратовский источник», 2021. С. 250–252.
  5. Zhang L., Liu C., Zhuang L., Li W., Zhou S., Zhang J. Manganese dioxide as an alternative cathodic catalyst to platinum in microbial fuel cells // Biosensors and Bioelectronics. 2009. Vol. 24, № 9. P. 2825–2829. https://doi.org/10.1016/j.bios.2009.02.010
  6. Богдановская В. А., Капустин А. В., Тарасевич М. Р., Кузнецова Л. Н. Структура и свойства полимерных биокомпозитных материалов // Электрохимия. 2004. Т. 40. С. 352–358. https://doi.org/10.1023/B:RUEL.0000019670.07470.af
  7. Генералова К. Н., Минькова А. Н., Олонцев В. Ф. Адсорбция клеток бактерий на углеродных сорбентах // Вестник ПНИПГ. Химическая технология и биотехнология. 2014. № 2. С. 53–62.
  8. Аркадьева И. Н., Фокина Е. А., Василенко В. А., Кольцова Э. М. Математическая модель адсорбции лакказы на углеродном носителе при конструировании катода биотопливного элемента // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31, № 8. С. 87–89. https://doi.org/10.3303/CET1870269
  9. Kamanina O. A., Saverina E. A., Rybochkin P. V., Arlyapov V. A., Vereshchagin A. N., Ananikov V. P. Preparation of hybrid sol-gel materials based on living cells of microorganisms and their application in nanotechnology // Nanomaterials. 2022. Vol. 12, № 7. P. 1086–1119. https://doi.org/10.3390/nano12071086

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).