Мембранная кровля – это современное и, пожалуй, самое совершенное решение устройства мягкой кровли. Сочетание надежности, повышенной стойкости к климатическим и атмосферным воздействиям, эластичности, способности сохранять качественные характеристики в пределах широкого температурного диапазона ставит этот материал в ряд передовых и высококачественных.
Использование полимерных мембран при устройстве мягких кровель уже является гарантией качества покрытия и его долговечности. Ремонт мембранной кровли при соблюдении правильной технологии укладки покрытия необходим значительно реже, чем в случае других материалов. Срок ее безремонтной службы– от 30 лет до 60.
Самым большим плюсом подобных кровель считается устойчивость к экстремальным температурам, что позволяет использовать мембрану в самых различных условиях.
Какие бывают мембраны
Кровельная мембрана – это пленочный полимерный материал. Назвать его точный состав довольно затруднительно, поскольку составляющие компоненты у разных производителей могут и не совпадать. Для получения более качественных образцов в его состав включают модифицированный битум, стекловолокно, всевозможные пластификаторы и другое.
Сегодня рынок предлагает три способа устройства подобной кровли:
– в его основе лежит пластифицированный ПВХ, армированный для прочности полиэфирной сеткой. Пластичность ему обеспечивают летучие пластификаторы, это около 40% состава. путем сваривания полотен горячим воздухом в единое полотно. Работы выполняют, используя специальное оборудование. Он устойчив к УФ-излучению и воздействию огня. Однако, яркие раскраски со временем несколько тускнеют, к тому же материал неустойчив к маслам, битумным материалам и растворителям. Еще одним негативным фактором является выделение полотном летучих соединений в атмосферу.
ТПО
– основу составляют термопластичные олефины, которые армированы либо стекловолокном, либо полиэстером (встречаются также и неармированные изделия). Из-за отсутствия в составе летучих пластификаторов он не так эластичен, что затрудняет монтаж. Его, как и в случае поливинилхлоридного, выполняют, сваривая полотна горячим воздухом. Эксплуатационный срок полученного покрытия достигает 60 лет, оно отличается большой прочностью и надежностью даже при низких температурах. Монтаж можно проводить также в зимнее время.
ЭПДМ –синтетический каучук, лежащий в его основе, армирован для прочности полиэфирной сеткой. Изделие отличается наиболее высокой эластичностью и сравнительно низкой ценой. в основном на клей, и, хотя он обеспечивает достаточную прочность соединения ЭПДМ покрытия, стыковочные швы тем не менее не теряют «проблемности» с точки зрения протекания воды.
Преимущества мембранных покрытий
- Долговечность. Эксплуатационный срок составляет около 60 лет.
- Высокая скорость монтажа, поскольку покрытие укладывают в один слой – производительность работ примерно 600 м 2 /смена.
- Возможность выбора ширины рулонов позволяет покрывать крыши различной конфигурации, причем с наименьшим количеством стыков.
- Качественный и однородный шов, который обеспечивается сваркой горячим воздухом.
- Высокая эластичность, морозоустойчивость, стойкость к УФ, эксплуатационная и химическая.
- Высокий класс пожаробезопасности – до Г-1.
- Исключительная легкость покрытия, которая дополнительно не перегружает несущие конструкции.
- Технические характеристики полимерных мембран дают возможность,не меняя технологии, монтировать их круглый год.
При таком количестве достоинств единственное неудобство мембранного покрытия – его цена. Они обходятся дороже своих конкурентов в полтора-два раза.
Способы устройства кровли
В зависимости от конструкции крыши монтаж выполняют одним из трех способов.
Механический
– используется для крыш с большим углом наклона. Крепление проводят при помощи специального крепежа, а места соединений герметично скрепляют специальным оборудованием.
Балластный
– подходит для крыш с уклоном меньше 10⁰. Балластом может служить, скажем, щебень.
Клеевой – применяется для крыш зданий, расположенных в зоне повышенных ветровых нагрузок. Полотно просто приклеивают к плоскости.
Как отремонтировать мембранное покрытие
Хотя за весь эксплуатационный срок мембрана дает усадку в пределах 0,5%, однако, и этого может быть достаточно для возникновения напряжения и разгерметизации в шовных соединениях. Покрытие может существенно повредиться при выполнении всевозможных работ, установке на крыше дополнительного оборудования или при неосторожной очистке крыши от снега и льда.
Чтобы заделать швы или устранить небольшие повреждение, арендовать спецоборудование, конечно, экономически нецелесообразно. Более того, старые мембраны частично теряют свою эластичность, поэтому намного хуже свариваются. Увеличивается стоимость сварочных работ на 20-25%.
Идеальным решением для таких случаев являются современные ремонтные технологии EternaBond, предполагающие прочное соединение однородных мембран. В основе этой технологии лежит химическая стимуляция адгезии, которая обеспечивает монолитность клеевого соединения, то есть не только герметичность, но и исключительную прочность шва. Внешне это рулонная лента, на которую нанесен с одной стороны клеевый слой – он и вступает в активную реакцию со структурой мембраны.
Восстановленный фрагмент может служить при любых температурах до 30 лет.
Способов оборудовать вертикальную гидроизоляцию фундамента существует множество. Среди них самые популярные – окрасочный и рулонный, однако их мембранный аналог, при котором защиту оснований обеспечивает специальная полимерная пленка, с каждым годом используется все чаще. Он обладает важным преимуществом – в отличие от своих конкурентов, мембранная гидроизоляция полностью герметизирует фундамент от грунтовых вод. Также она нечувствительна к коррозии и воздействию химических веществ. Кстати если Вас интересует строительство фундаментов, советуем Вам посетить раздел .
На сегодняшний день специалисты определяют три вида мембранной гидроизоляции фундаментов – это легкая, средняя и тяжелая. Последние две разновидности дороги, сложны и используются в ситуациях, когда необходимо обеспечить защиту от сильного гидростатического давления на основание здания. В частном домостроительстве вполне достаточно монтировать пленку по самому простому способу. Гидроизоляция фундамента пленкой (мембраной) своими руками именно такого вида и будет подробно рассмотрена в статье.
Подготовка фундамента и стен к оборудованию гидроизоляции.
Очень важное преимущество мембранной гидроизоляции – это отсутствие необходимости тщательно выравнивать вертикальные поверхности. Причина этого в том, что полимерные пленки не закрепляются непосредственно на бетонном основании. Вместо этого они свободно свисают вдоль вертикальной поверхности, образуя своеобразную «юбку». Так гидроизоляции обеспечивается дополнительная прочность – в случае даже незначительной деформации фундамента мембрана останется целой. Исключения бывают лишь в том случае, если возникает необходимость применить двухслойную пленочную изоляцию.Закрепление мембранной гидроизоляции.
Технология достаточно проста и в целом подобна монтажу классической рулонной изоляции. Пленка поставляется в полностью готовом виде в рулонах. Остается лишь развернуть ее вдоль вертикальных поверхностей, зафиксировать сверху, и отрезать лишнее снизу. Необходимо, чтобы пленка выступала выше уровня земли не менее чем на 30 сантиметров. Стелить нужно сверху вниз, то есть разворачивать рулон не продольно стене, а перпендикулярно. Крепят мембрану в зависимости от ее модели. Самый распространенный и простой вариант – это установить на стене специальные малогабаритные ПВХ-рондели с шагом не более полутора метров. К ним мембрана и крепится с помощью точечной приварки под воздействием горячего воздуха. Также пленка надежно приваривается и к металлическим деталям.Так же, как и в случае с рулонной гидроизоляцией, отрезки пленки следует крепить внахлест – один отрезок должен заходить за другой. На большинстве моделей пленки как раз для этого по краям предусмотрены самоклеющиеся полосы. Если же их нет, можно использовать скотч, специальный строительный клей, либо же с помощью потока горячего воздуха приваривать листы друг к другу.
Что касается длины одного отрезка пленки, то, как уже упоминалось выше, она не должна быть четко нормированной. Достаточно убедиться, что гидроизоляция простирается ниже края подушки фундамента сантиметров на 20-30. Впоследствии при засыпании пазух грунт надежно зафиксирует их, и мембрана плотно закроет бетонное основание. Однако, осуществляя присыпку грунта, очень важно внимательно следить за тем, чтобы острые камни не повредили гидроизоляцию, не растягивали и не загибали ее. Выступающий поверх грунта участок мембраны также необходимо прикрыть. Способов сделать это множество. Самые практичные и популярные – это применить тонкую цементную стяжку (толщиной около 1 сантиметра) или декоративные панели. В обоих случаях негативного влияния на гидроизолирующие качества это не окажет.
Если же вы хотите придать вашей пленочной гидроизоляции большую прочность (это необходимо, например, в местах, где гидростатическое давление грунтовых вод превышает 200 кН/м2), то можете сделать ее двухслойной. В этом случае внутренним слоем будет плоская мембрана, а внешним перфорированная пленка. Она намного толще, прочнее, крепится по той же технологии, что описана выше. Однако в этом случае необходимо тщательно выровнять вертикальные стенки фундамента
Эта статья предназначена для тех, кто не считает себя специалистом по ремонту бытовой техники и не обладает глубокими знаниями по электро и радиотехнике, но хочет самостоятельно отремонтировать ультразвуковой увлажнитель воздуха.
Как известно, поломки бытовой техники бывают простыми и сложными. К простым можно отнести замену электрической вилки или всего шнура питания, замена предохранителя, замена электрических щеток электродвигателя и т.п. К одной из простых поломок ультразвукового увлажнителя воздуха можно отнести замену ультразвуковой мембраны
. Именно этому вопросу и посвящена статья.
Для лучшего понимания, рассмотрим принцип действия ультразвукового увлажнителя.
Устройство конкретного увлажнителя может отличаться от приведенной схемы, но основные ее элементы будут присутствовать в том или ином виде.
Блок управления (1) это электронная схема, включающая в себя микроконтроллер с элементами, обеспечивающими его работу. Блок управления может быть выполнен в виде отдельного устройства или являться составной частью модуля, на котором размещены индикатор и клавиатура. Как следует из названия, этот блок управляет работой всего устройства. По его команде осуществляется индикация состояния увлажнителя и установка режимов его работы при помощи клавиатуры. Блок управления отслеживает состояние датчиков и в зависимости от их состояния меняет режим работы устройства. Например, при достижении необходимой влажности и при недостатке воды в резервуаре будет прекращена генерация тумана. В простых увлажнителях этот блок может отсутствовать, а датчики присоединяться непосредственно к генератору или другим устройствам. На рисунке такие связи показаны пунктирной линией.
Генератор (2) это электронная схема, формирующая электрический сигнал, необходимый для работы ультразвукового излучателя (3). Генератор состоит из собственно генератора, задающего электрические колебания нужной частоты и усилителя, обычно выполненного на транзисторе и усиливающего эти колебания перед подачей на ультразвуковую мембрану (3). Часто, причиной поломки увлажнителя, может быть выход из строя этого транзистора и/или элементов, обеспечивающих его работу. Обычно генератор выполнен как отдельный модуль.
Ультразвуковой излучатель (3)
это пьезоэлектрический прибор, который под воздействием электрического тока вибрирует на ультразвуковой частоте. Ультразвуком называют такие звуковые волны, которые из-за своей высокой частоты не слышны для человеческого уха. Обычно полагают, что человек не слышит звук выше 20 кГц (20 тысяч колебаний в секунду). Многие ультразвуковые увлажнители работают на частоте 1,7 МГц (1 миллион 700 тысяч колебаний в секунду), естественно, такой звук не может услышать ни один человек.
Под воздействием таких звуковых волн, вода механическим образом превращается в туман – мельчайшие частички воды, имеющие почти комнатную температуру. В ультразвуковом увлажнителе не происходит кипения воды, выходящий «пар» паром не является.
Очень часто этот туман распространяется по помещению при помощи небольшого вентилятора (7), встроенного в увлажнитель.
Датчик уровня воды (4) Обычно выполнен в виде поплавка. Со временем подвижность поплавка может уменьшиться из-за скопления грязи, налета и т.п. Если поплавок не будет всплывать при наличии воды, то увлажнитель не будет производить туман, полагая, что воды нет. Восстановите подвижность поплавка, и работа устройства возобновится.
Блок питания (5) это электронная схема, предназначенная для получения напряжений, необходимых для питания всех устройств увлажнителя. Обычно является отдельным блоком.
Датчик влажности (6) . При наличие этого датчика увлажнитель сможет самостоятельно включаться и выключаться, поддерживая заданную влажность в помещении.
Вентилятор (7) обеспечивает распространение тумана по увлажняемому помещению.
Клавиатура и индикатор обычно выполняются в виде единого блока и служат для задания и отображения параметров работы ультразвукового увлажнителя воздуха.
Датчики. Число и количество датчиков может меняться в зависимости от модели увлажнителя. Самые распространенные датчики это - датчик наличия воды в поддоне (4), влажности (6) и температуры. Часто датчик наличия (уровня) воды присоединяется к генератору, и в случае недостаточного количества воды прекращается работа генератора и,как следствие, образование тумана.
Ремонт блока управления, блока питания и генератора неспециалистом сильно затруднен. Возможна лишь замена этих блоков целиком, а для этого необходимо правильно диагностировать поломку.
Возможно, в следующих статьях мы поговорим о том, как можно с определенной долей вероятности понять какой из блоков увлажнителя вышел из строя и подлежит замене.
Признаки выхода из строя ультразвукового пьезоэлемента в увлажнителе воздуха
Можно с уверенностью говорить о выходе пьезоэлемента из строя, если на нем есть трещина или отвалился хотя бы один провод, припаянный к излучателю.
 |
 |
 |
Можно говорить о достаточно высокой вероятности выхода из строя ультразвуковой мембраны, если наблюдается слабое или полностью отсутствующее туманообразование при нормальной работоспособности всех других частей увлажнителя. В этом случае, так же высока вероятность выхода из строя генератора. Хотя это случай несколько неоднозначнее первого, можно заменить сначала излучатель, а если это не поможет, то генератор в сборе. И та, и другая деталь стоят не дорого и работа по их замене довольно проста. Конечно, есть небольшая вероятность, что после этих замен устройство не заработает, но она не велика. Зато у вас будет шанс сэкономить на визите в мастерскую, повозиться с техникой и узнать для себя что-то новое. Согласитесь, это не высокая цена за столько удовольствий!
Инструкция по замене ультразвукового излучателя (мембраны) на примере увлажнителя Polaris PUH 0206Di
1. Отключите увлажнитель от розетки.
2. Снимите резервуар с водой, слейте воду из нижней части увлажнителя, вытрите остатки воды тряпкой.
3. Вскройте корпус. Для этого выкрутите несколько винтов, соединяющих части корпуса в единое целое. Внимательно посмотрите на то, какими отвертками нужно пользоваться. Иногда все или один винт сделаны под «хитрую» (не крестовую и не шлицевую) отвертку.
4. Внимательно осмотрите внутренности. Обратите внимание на наличие или отсутствие характерного запаха горелой пластмассы, оплетки проводов и т.п., на почернения на корпусе, проводах и электронных устройствах. Обратите внимание на целостность проводов. Не должно быть ни одного свободно болтающегося конца провода. Осмотрите электронные платы на предмет целостности деталей, установленных на них.
5. Определите, где расположены основные элементы увлажнителя. Найдите генератор и ультразвуковой излучатель. Посмотрите, как они закреплены. Запишите, какие провода, какого цвета и в какое место присоединены к генератору и излучателю. При возможности сфотографируйте.
6. Отверните крепежные винты излучателя и отсоедините или отпаяйте провода излучателя от генератора. Возможно, для этого потребуется снять генератор.
7. Снимите уплотнительное резиновое или силиконовое кольцо с излучателя.
8. Осмотрите излучатель, обратите внимание на наличие трещин и ненадежное крепление проводов. Для выявления дефектов приложите небольшое усилие к излучателю и проводам. (В моем случае осматривать нечего, все и так понятно!)
9. Замерьте диаметр излучателя без уплотнительного кольца.
10. В случае обнаружения дефектов на излучателе купите новый и замените его. Где купить мембрану для ультразвуковаго увлажнителя воздуха?
11. Если дефекты не видны, то выбирайте:
а) собрать все назад, если не заработало, то отнести в мастерскую или купить новый увлажнитель
б) заменить излучатель, если не заработало, то отнести в мастерскую или купить новый увлажнитель
Видеоролик. Как зменить мембрану в увлажнителе своими руками.
Исключительно быстрый и наиболее простой метод создания кровли — выполнение ее на основе синтетического каучука, именуемого также поливинилхлоридом. ПВХ кровля получила название мембранной, она отличается долгим сроком службы, малым весом, высокой степенью экологичности, имеет ряд других преимуществ.
Виды мембран
Существуют три типа мембран, которые используются как кровельные материалы:
- ЭПДМ – изготовленная из специального каучука, имеющая хорошие физические свойства. Среди них: температурный диапазон -50 — +150 градусов Цельсия, устойчива к озону, погодным условиям, старению.
- ТПО – имеет устойчивый химический состав, повышенная сопротивляемость к воздействию химических веществ и микроорганизмов.
- ПВХ – это всем известный поливинилхлорид. До недавнего времени ПВХ мембраны были самыми распространенными из всех вышеприведенных.
Особенности, технология, процесс монтажа
Чтобы начать монтаж мембранной кровли своими руками, нужно определиться с видом соединения полотен. Для этого может применяться сварка горячим воздухом или склеивание при помощи специальных двухсторонних клейких лент.
Способы соединения швов:
- Склеивание — способ не самый надежный в силу низкой прочности клеевых соединений. Применяется он в основном для мембран ЭПДМ, хотя нужно сказать, что этот способ проще. Сварка горячим воздухом дает соединение, которое по прочности не уступает основному материалу, однако требует наличие специального инструмента.
- Сварка может быть автоматическая (с применением сварочных машин) и ручная (используется термофен). Если Вы делаете монтаж мембранной кровли своими руками, то покупать дорогостоящие сварочные машины не имеет смысла. Достаточным будет термофен или промышленный фен, который обладает небольшой производительностью, однако его цена на порядок ниже.
Чтобы правильно сварить кровельный материал нужно подобрать оптимальные параметры. На их изменение, влияет температура окружающего воздуха, влажность, скорость ветра. Оптимальными считаются температура 15 – 20 градусов тепла и нормальная влажность воздуха. Температура горячего воздуха должна быть в районе 500°С, давление осуществляется прикаточным валиком, который нужно купить отдельно. Если Вы делаете это впервые сначала лучше потренироваться на небольших, специально отведенных для этой цели полотнищах. Результатом должен стать целостный шов без отслаиваний и прожогов.
Самый простой способ крепления покрытия к основанию – балластный. Его применяют когда уклон скатов менее 10°. Чтобы полотно не унесло ветром, его слоем балласта, минимальный вес которого должен быть 50 кг / м² мембраны. В качестве балласта обычно применяется речная галька, окатанные гравий и щебень. Недостатком такого способа крепления является большой вес конструкции.
Если крыша не рассчитана на большой вес, тогда применяют механический способ крепления. Закрепление по периметру крыши делают при помощи специальных краевых реек. Остальную площадь крепят пластиковыми грибками на металлических анкерах. Механическое крепление более надежное и имеет меньший вес.
Также мембранное покрытие можно приклеить к основанию. Такой метод не находит широкого применения из-за своей дороговизны. Применяется по большей части на сложных крышах.
Преимуществами мембранной кровли являются: большой срок эксплуатации (50 лет), отличные гидроизоляционные свойства, невосприимчивость к частым сменам погодных условий. Из недостатков можно выделить высокую стоимость материалов.
Можно сделать вывод о целесообразности применения мембранной кровли. Несмотря на относительно дорогие материалы, простота возведения и долговечность, делают такое покрытие достаточно привлекательным для использования.
Сразу хочу предупредить, что этот топик не совсем по тематике Хабра, но в комментариях к посту про разработанный в MIT элемент идею вроде бы поддержали, так что ниже я опишу некоторые соображения о биотоливных элементах.
Работа, на основе которой написан данный топик, выполнялась мной в 11 классе, и заняла второе место на международной конференции INTEL ISEF.
Топливный элемент – химический источник тока, в котором химическая энергия восстановителя (топлива) и окислителя, непрерывно и раздельно подаваемых к электродам, непосредственно превращается в электрическую
энергию. Принципиальная схема топливного элемента (ТЭ) представлена ниже:
ТЭ состоит из анода, катода, ионного проводника, анодной и катодной камеры. На данный момент мощности биотопливных элементов недостаточно для использования в промэшленных масшатабах, но БТЭ с небольшой мощностью могут использоваться для медицинских целей как чувствительные датчики поскольку сила тока в них пропорциональна количеству перерабатываемого топлива.
К настоящему времени предложено большое число конструктивных разновидностей ТЭ. В каждом конкретном случае конструкция ТЭ зависит от назначения ТЭ, типа реагента и ионного проводника. В особую группу выделяют биотопливные элементы, в которых используются биологические катализаторы. Важной отличительной чертой биологических систем является их способность к селективному окислению различных топлив при низкой температуре.
В большинстве случаев в биоэлектрокатализе используют иммобилизованные ферменты, т.е. ферменты, выделенные из живых организмов и закрепленные на носителе, но сохранившие при этом каталитическую активность (частично или полностью), что позволяет использовать их повторно. Рассмотрим на примере биотопливный элемент, в котором ферментативная реакция сопряжена с электродной при использовании медиатора. Схема биотопливного элемента на основе глюкозооксидазы:
Биотопливный элемент состоит из двух инертных электродов из золота, платины или углерода, погруженных в буферный раствор. Электроды разделены ионообменной мембраной: анодное отделение продувается воздухом, катодное - азотом. Мембрана позволяет пространственно разделить реакции, протекающие в электродных отделениях элемента, и в тоже время обеспечивает обмен протонами между ними. Подходящие для биосенсоров мембраны разных типов выпускаются в Великобритании многими фирмами (ВДН, ВИРОКТ).
Введение глюкозы в биотопливный элемент, содержащий глюкозооксидазу и растворимый медиатор, при 20 °С приводит к возникновению потока электронов от фермента к аноду через медиатор. По внешней цепи электроны идут к катоду, где в идеальных условиях в присутствии протонов и кислорода образуется вода. Результирующий ток (в отсутствие насыщения) пропорционален добавке скоростьопределяющего компонента (глюкозы). Измеряя стационарные токи, можно быстро (5с) определить даже малые концентрации глюкозы - до 0,1 мМ. Как сенсор, описанный биотопливный элемент, имеет определенные ограничения, связанные с присутствием медиатора и определенными требованиями к кислородному катоду и мембране. Последняя должна удерживать фермент и в тоже время пропускать низкомолекулярные компоненты: газ, медиатор, субстрат. Ионообменные мембраны, как правило, удовлетворяют этим требованиям, хотя их диффузионные свойства зависят от рН буферного раствора. Диффузия компонентов через мембрану приводит к снижению эффективности переноса электрона вследствие побочных реакций.
На сегодняшний день имеются лабораторные модели топливных элементов с ферментными катализаторами, которые по своим характеристикам не отвечают требованиям их практического применения. Основные усилия в ближайшие несколько лет будут направлены на доработку биотопливных элементов и дальнейшее применение биотопливного элемента будет связано большей степенью с медициной, например: вживляемый биотопливный элемент, использующий кислород и глюкозу.
При использовании ферментов в электрокатализе главной проблемой, требующей решения, является проблема сопряжения ферментативной реакции с электрохимической, то есть обеспечение эффективного транспорта электронов с активного центра фермента на электрод, что может достигаться следующими путями:
1. Перенос электронов с активного центра фермента на электрод с помощью низкомолекулярного переносчика - медиатора (медиаторный биоэлектрокатализ).
2. Непосредственное, прямое окисление и восстановление активных центров фермента на электроде (прямой биоэлектрокатализ).
При этом медиаторное сопряжение ферментативной и электрохимической реакции в свою очередь можно осуществить четырьмя способами:
1) фермент и медиатор находятся в объеме раствора и медиатор диффундирует к поверхности электрода;
2) фермент находится на поверхности электрода, а медиатор в обьеме раствора;
3) фермент и медиатор иммобилизованы на поверхности электрода;
4) медиатор пришит к поверхности электрода, а фермент находится в растворе.
В данной работе катализатором катодной реакции восстановления кислорода служила лакказа, а катализатором анодной реакции окисления глюкозы - глюкозооксидаза (ГОД). Ферменты использовались в составе композитных материалов, создание которых является одним из наиболее важных этапов создания биотопливных элементов, одновременно выполняющих функцию аналитического датчика. Биокомпозитные материалы в данном случае должны обеспечивать селективность и чувствительность определения субстрата и в тоже время обладать высокой биоэлектрокаталитической активностью, приближающейся к ферментативной.
Лакказа представляет собой Cu-содержащую оксидоредуктазу, основной функцией которой в нативных условиях является окисление органических субстратов (фенолы и их производные) кислородом, который при этом восстанавливается до воды. Молекулярная масса фермента составляет 40000 г/моль.
К настоящему времени показано, что лакказа является наиболее активным электрокатализатором восстановления кислорода. В ее присутствии на электроде в атмосфере кислорода устанавливается потенциал близкий к равновесному кислородному потенциалу, и восстановление кислорода протекает непосредственно до воды.
В качестве катализатора катодной реакции (восстановления кислорода) использовали композитный материал на основе лакказы, ацетиленовой сажи АД-100 и нафиона. Особенностью композита является структура, обеспечивающая ориентацию молекулы фермента по отношению к электронпроводящей матрице, необходимую для прямого переноса электрона. Удельная биоэлектрокаталитическая активность лакказы в композите приближается к наблюдаемой в ферментативном катализе. Способ сопряжения ферментативной и электрохимической реакции в случае лакказы, т.е. способ переноса электрона от субстрата через активный центр фермента лакказы на электрод, – прямой биэлектрокатализ.
Глюкозокооксидаза (ГОД) – фермент класса оксидоредуктаз, имеет две субъединицы, каждая из которых имеет свой активный центр – (флавинадениндинуклеотид) ФАД. ГОД является ферментом, селективным по отношению к донору электронов – глюкозе, а в качестве акцепторов электронов может использовать многие субстраты. Молекулярная масса фермента составляет 180000 г/моль.
В работе использовали композитный материал на основе ГОД и ферроцена (Фц) для анодного окисления глюкозы по медиаторному механизму. Композитный материал включает ГОД, высокодисперсный коллоидный графит (ВКГ), Фц и нафион, что позволило получить электронопроводящую матрицу с высокоразвитой поверхностью, обеспечить эффективный транспорт реагентов в зону реакции и стабильные характеристики композитного материала. Способ сопряжения ферментативной и электрохимической реакций, т.е. обеспечение эффективного транспорта электронов от активного центра ГОД на электрод – медиаторный, при этом фермент и медиатор были иммобилизованы на поверхности электрода. В качестве медиатора - акцептора электронов – использовали ферроцен. При окислении органического субстрата – глюкозы, ферроцен восстанавливается, а затем окисляется на электроде.
Если кому-то интересно, я могу подробно описать процесс получения покрытия электородов, но за этим лучше пишите в личку. А в топике я просто опишу полученную структуру.
1. АД-100.
2. лакказа.
3. гидрофобная пористая подложка.
4. нафион.
После того, как электорды получены мы перешли непосредственно к экспериментальной части. Вот так выглядела наша рабочая ячейка:
1. электрод сравнения Ag/AgCl;
2. рабочий электрод;
3. вспомогательный электрод - Рt.
В опыте с глюкозооксидазой - продувка аргоном, с лакказой - кислородом.
Восстановление кислорода на саже в отсутствии лакказы происходит при потенциалах ниже нуля и происходит в две стадии: через промежуточное образование перекиси водорода. На рисунке представлена поляризационная кривая электровосстановления кислорода лакказой иммобилизованной на АД-100, полученная в атмосфере кислорода в растворе с рН 4,5. В этих условиях устанавливается стационарный потенциал близкий к равновесному кислородному потенциалу (0,76 В). При потенциалах катоднее 0,76 В на ферментном электрода наблюдается каталитическое восстановление кислорода, которое протекает по механизму прямого биоэлектрокатализа непосредственно до воды. В области потенциалов катоднее 0,55 В на кривой наблюдается плато, которое соответствует предельному кинетическому току восстановления кислорода. Величина предельного тока составила около 630 мкА/см2.
Электрохимическое поведение композитного материала, на основе ГОД нафиона, ферроцена и ВКГ, исследовали методом циклической вольтамперометрии (ЦВА). Состояние композитного материала в отсутствии глюкозы в фосфатно-буферном растворе контролировали по кривым заряжения. На кривой заряжения при потенциале (–0,40) В наблюдаются максимумы относящиеся редокс-превращениям активного центра ГОД – (ФАД), а при 0,20-0,25 В максимумы окисления и восстановления ферроцена.
Из полученных результатов следует, что на основе катода с лакказой, в качестве катализатора кислородной реакции, и анода на основе глюкозооксидазы для окисления глюкозы, существует принципиальная возможность создания биотопливного элемента. Правда на этом пути есть множество препятствий, например пики активности ферментов наблюдаются при разном pH. Это привело к необходимости добавлять в БТЭ ионообменную мембрану.Мембрана позволяет пространственно разделить реакции, протекающие в электродных отделениях элемента, и в тоже время обеспечивает обмен протонами между ними. В анодное отделение поступает воздух.
Введение глюкозы в биотопливный элемент, содержащий глюкозооксидазу и медиатор, приводит к возникновению потока электронов от фермента к аноду через медиатор. По внешней цепи электроны идут к катоду, где в идеальных условиях в присутствии протонов и кислорода образуется вода. Результирующий ток (в отсутствие насыщения) пропорционален добавке скоростьопределяющего компонента - глюкозы. Измеряя стационарные токи, можно быстро (5с) определить даже малые концентрации глюкозы - до 0,1 мМ.
К сожалению довести идею этого БТЭ до практического внедрения мне не удалось, т.к. сразу после 11 класса я пошёл учиться на программиста, чем усердно занимаюсь и сегодня. Спасибо всем, кто осилил.
