การผลิตสารสีจากแบคทีเรียสังเคราะห์แสงสีม่วงชนิดไม่สะสมกำมะถันและการประยุกต์ในเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง

อาทิมา ปุญญวา

dc.contributor.advisor	เอกวัล ลือพร้อมชัย
dc.contributor.advisor	ณัฐฐพล ภู่ตระกูลโชติ
dc.contributor.author	อาทิมา ปุญญวา
dc.contributor.other	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์
dc.date.accessioned	2023-02-03T04:12:48Z
dc.date.available	2023-02-03T04:12:48Z
dc.date.issued	2559
dc.identifier.uri	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/81601
dc.description	วิทยานิพนธ์ (วท.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2559
dc.description.abstract	แบคเทอริโอคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ เป็นสารสีในระบบสังเคราะห์แสงของแบคทีเรียสังเคราะห์แสงสีม่วงชนิดไม่สะสมกำมะถัน ทำหน้าที่ดูดกลืนแสงและส่งอิเล็กตรอนที่เกิดจากการกระตุ้นโดยแสงไปยังศูนย์กลางปฏิกิริยา ซึ่งการทำงานนี้คล้ายคลึงกับการทำงานของสีย้อมในเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ที่จะนำสารสีจากแบคทีเรียสังเคราะห์แสงมาประยุกต์เป็นสีย้อมในเซลล์สุริยะ ซึ่งมีข้อได้เปรียบกว่าการใช้สีย้อมจากกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี คือ ไม่เป็นพิษ ผลิตได้ง่าย และสามารถย่อยสลายได้โดยกระบวนธรรมชาติ เริ่มต้นจากคัดแยกแบคทีเรียจำนวน 7 สายพันธุ์ จากแหล่งน้ำต่างๆ ในจังหวัดกรุงเทพมหานคร ประเทศไทย พบว่า แบคทีเรียสังเคราะห์แสง Rhodopseudomonas faecalis W1 และ Rhodopseudomonas palustris W7 มีการอัตราการเจริญเร็ว เมื่อเปรียบเทียบกับแบคทีเรียที่คัดแยกได้สายพันธุ์อื่น นอกจากนี้ ยังมีรูปแบบการดูดกลืนแสงของเซลล์ที่แตกต่างกัน ดังนั้น จึงคัดเลือกแบคทีเรียทั้ง 2 สายพันธุ์ มาศึกษาในขั้นต่อไป โดยศึกษาปัจจัยและภาวะต่างๆ ที่เหมาะสมกับการเจริญและสะสมสารสีของแบคทีเรียที่คัดเลือก พบว่า เมื่อเลี้ยงในอาหารเหลวกำหนดสูตร RCVB ที่มี กรดมาลิก 8 กรัมต่อลิตร สารสกัดจากยีสต์ 4 กรัมต่อลิตร เฟอรัสซัลเฟตเฮปตะไฮเดรต 20 มิลลิกรัมต่อลิตร และแมกนีเซียมซัลเฟตเฮปตะไฮเดรต 400 มิลลิกรัมต่อลิตร ภายใต้การให้แสงจากหลอดไส้ ความเข้มแสง 2000 ลักซ์ และการกวนผสม 120 รอบต่อนาที แบคทีเรียสายพันธุ์ W1 และ W7 ให้มวลชีวภาพสูงสุดที่ 3.89 ±0.01 และ 3.92 ±0.03 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ ส่วนการสะสมสารสีแบคเทอริโอคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ในแบคทีเรียสายพันธุ์ W1 มีปริมาณ 3.97±0.13 และ 1.69 ±0.06 มิลลิกรัมต่อกรัมน้ำหนักเซลล์แห้ง ตามลำดับ ในขณะที่ สายพันธุ์ W7 ผลิตแบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ 7.10 ±0.07 มิลลิกรัมต่อกรัมน้ำหนักเซลล์แห้ง และแคโรทีนอยด์ 1.17 ±0.04 มิลลิกรัมต่อกรัมน้ำหนักเซลล์แห้ง เพื่อลดต้นทุนของอาหารเลี้ยงเชื้อ ได้ทดลองเลี้ยงเชื้อในอาหารเหลวกำหนดสูตรที่ไม่มีการเติมกรดมาลิก ผสมกับน้ำเสียจากโรงงานเบเกอร์รี่ 40% ของปริมาตรทั้งหมด พบว่าแบคทีเรียทั้ง 2 สายพันธุ์สามารถใช้สารอาหารในน้ำเสียเจริญและผลิตสารสีได้ โดยให้ปริมาณมวลชีวภาพและสารสีใกล้เคียงกับชุดทดลองที่เลี้ยงด้วยอาหารสูตรปกติ เพื่อประยุกต์ในเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง สกัดจากสีด้วยตัวทำละลายผสมของอะซิโตนและเมทานอลในอัตราส่วน 7: 2 โดยปริมาตรต่อปริมาตร และนำขั้วไฟฟ้าทำงานมาแช่ในสารสกัดสารสีดังกล่าว ในตอนแรกเซลล์สุริยะที่มีสารสีจากแบคทีเรียเป็นสีย้อม มีประสิทธิภาพการเปลี่ยนรูปพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าค่อนข้างต่ำ จึงได้พัฒนาประสิทธิภาพของเซลล์โดยอาศัยหลากหลายเทคนิค โดยเซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด คือ เซลล์ที่ใช้สารสีผสมจากแบคทีเรียสายพันธุ์ W1 และ W7 ที่มีการเติมสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ เพื่อป้องกันการเกาะกลุ่มกันระหว่างโมเลกุลของสารสี มีค่าความหนาแน่นของกระแส 0.6 mA cm-2 แรงดันไฟฟ้าวงจรปิด 560 mV ประสิทธิภาพการเปลี่ยนรูปพลังงาน 0.19% และค่าฟิลเฟคเตอร์ 57% การผลการทดลองข้างต้น แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้สารสีจากแบคทีเรียเป็นสีย้อมไวแสงในเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง นอกจากนี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์ สามารถทำได้โดยการเพิ่มสีย้อมจากแหล่งธรรมชาติชนิดอื่นที่ดูดกลืนแสงในช่วงความยาวคลื่นที่ต่างกัน เพิ่มปริมาณสีย้อมที่เกาะบนพื้นผิวสารกึ่งตัวนำ และปรับระดับพลังงานขององค์ประกอบภายในเซลล์
dc.description.abstractalternative	Bacteriochlorophyll (Bchl) and carotenoids (car), the photosynthetic pigment of purple non-sulfur bacteria (PNSB) are trap sun light and transfer of electronic excitation to the reaction center (RC). They work in a similar manner with dye sensitizer in dye sensitized solar cells (DSSCs). This study aims to use these pigments as light harvester in DSSCs. They have many advantages over chemical dyes, non-toxicity, easy to produce and biodegradation. Seven strains of PNSB were isolated from water resources in Bangkok, Thailand. Rhodopseudomonas faecalis W1 and Rhodopseudomonas palustris W7 showed rapid growth rate and slightly different in absorption spectra. Consequently, they were selected as PNSB’s model. For gain high biomass and pigment content, several factors were studied. After cultured with modified RVCB medium which composed 8 g/L malic acid, 4 g/L yeast extract, 20 mg/L FeSO4·7H2O and 400 mg/L MgSO4·7H2O under illumination of incandescent lamp at 2000 lux and 120 rpm stirring, highest biomass of strains W1 and W7 were reached at 3.89 ±0.01 and 3.92 ±0.03 g/L, respectively. The Bchl and car contents of strain W1 were 3.97±0.13 and 1.69 ±0.06 mg/ g CDW, respectively. When strain W7 produced Bchl 7.10 ±0.07 mg/ g CDW and car 1.17 ±0.04 mg/ g CDW. In order to reduce the cost of culture medium, 40% v/v wastewater from bakery factory was mixed with RCVB medium without adding malic acid. The biomass and pigment contents of both strains when cultured with low-cost medium are in acceptable values comparing with non-adding wastewater. For applying in DSSCs, the pigment was extracted by acetone: methanol (7:2) v/v and soaking photo anode in this pigment extract. Firstly, this test device showed photo-to-current conversion efficiency rather poorly. Hence various techniques were used for improving its efficiency. The highest efficiency cell was gained from using cocktail dye of pigment from strains W1 and W7 with addition of bio-surfactant to inhibit dye formation in multilayer. The bio-DSSCs showed short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), photo-to-current conversion efficiency (PCE) and fill factor (FF) at 0.6 mA cm-2, 560 mV, 0.19% and 57%, respectively. The results indicated that PNSB’s pigment can be used for conversion of light to current by DSSCs. However, the efficiency can improves by adding dye from other natural sources which adsorb light in different range, increasing of dye loading on semiconductor surface and changing of energy arrangement.
dc.language.iso	th
dc.publisher	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
dc.relation.uri	http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2016.333
dc.rights	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
dc.subject.classification	Immunology and Microbiology
dc.title	การผลิตสารสีจากแบคทีเรียสังเคราะห์แสงสีม่วงชนิดไม่สะสมกำมะถันและการประยุกต์ในเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง
dc.title.alternative	Pigment production from purple non sulfur photosynthetic bacteriaand its application in dye sensitized solar cell
dc.type	Thesis
dc.degree.name	วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต
dc.degree.level	ปริญญาโท
dc.degree.discipline	จุลชีววิทยาและเทคโนโลยีจุลินทรีย์
dc.degree.grantor	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
dc.identifier.DOI	10.58837/CHULA.THE.2016.333