15558

15558

مطالعه آزمايشگاهي پديده گرفتگي در فرآيند الكترودياليز

كارشناسي ارشد

فرآيندهاي جداسازي

بهمن ماه 1394

بهمن ماه 1394

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده

دكترتوان كيخاوني

مهندسي شيمي

چكيده الكترودياليز، يك فرآيند جداسازي غشايي است كه با اعماب پتانسيل الكتريكي به الكترودها در اثر نيروي محركه ايجاد شده، كاتيون ها به سمت كاتد و آنيون ها به سمت آند حركت مي كنند. وجود غشاهاي تبادل يون، حركت يون ها را محدود كرده (كاتيون ها تنها مي توانند از غشاي تبادل كاتيون و آنيون ها از غشاي تبادل آنيون عبور كنند) و باعث به وجود آمدن جريان هاي رقيق و غليظ دركانال هاي مجاور مي گردد. يكي از گسترده ترين كاربردهاي فرآيند الكترودياليز در جداسازي ذرات باردار مزاحم از آب، تهيه آب سالم و مناسب شرب مي باشد. با اينحال برخي پديده هاي نامطلوب مانند گرفتگي و پلاريزاسيون غلظتي مانع از دستيابي به عملكرد مناسب در فرآيند الكترودياليز مي شود. در اين پايان نامه، به بررسي و مطالعه تجربي پديده گرفتگي غشاهاي تبادل يون در فرآيند الكترودياليز پرداخته شده است. از دستگاه الكترودياليز در مقياس آزمايشگاهي با انباشته محتوي 4 عددي غشاي تبادل كاتيون تجاري مدل 7000- CMI و 3 عدد غشاي تبادل آنيون تجاري 7001- AMI با سطح مقطع موثر cm 56/25 در ولتاژ ثابت V 1/6 و شدت جريان L/min 1/2 استفاده شد. شرايط انجام آزمايش هاي الكترودياليز با روش طراحي آزمايش سطح پاسخ مشخص شد. نسبت غلظت يون هاي فلزي در فاز خوراك و pH محلول خوراك به عنوان متغير و درصد هدايت پذيري يا نمك زدايي محلول خوراك (رقيق شونده)، تعيين ميزان يون هاي كلسيم و منيزيم و مقاومت غشاها بعنوان پارامترهاي هدف انتخاب شدند. نتايج نشان داد كه هر دو متغير مذكور برگرفتگي موثر هستند با اينحال pH تاثير بيشتري دارد. با توجه به تاثير قابل توجه pH، غشاهاي تبادل كاتيون و تبادل آنيون تحت شرايط عملياتي سل الكترودياليز به مدت min 150 تحت شرايط نسبت ثابت 4/0 = Mg/Ca و pH هاي اسيدي، خنثي و بازي قرار گرفتند. آناليزهاي XRD ، ATR-FTIR ، SEM و تعيين مقاومت بر روي غشاهاي مذكور انجام شد. كمترين ميزان گرفتگي در pH محلول خوراك معادل 54/5 و نسبت 4/0 براي غلظت يون هاي فلزي (Mg/Ca) در فاز خوراك به دست آمد. آناليز XRD حضور كريستال هاي CaSO4 و Mg(OH)2 را در غشاهاي تبادل كاتيون و تبادل آنيون تاييد نمود. درصد بلورينگي با مقدار 32 % براي غشاي تبادل كاتيون و 24 % براي غشاي تبادل آنيون در 12= pH ، ميزان گرفتگي غشاها را نشان مي دهد. تصاوير ATR-FTIR نيز تشكيل گروه هاي O-H و S=O را در غشاهاي تبادل يون تاييد نمودند. با توجه به تصاوير SEM ، غشاي تبادل كاتيون در شرايط بازي بيشتر از غشاي تبادل آنيون توسط رسوبات CaSO4 و Mg(OH)2 دچار گرفتگي مي شود. ميزان انحراف از تاثير متغيرهاي pH و نسبت Mg/Ca بر ميزان انرژي مصرفي بررسي شد. ميزان انرژي مصرفي در 12= pH و در نقطه بهينه به ترتيب kWh 661/77 و kWh 437/4 به دست آمد. واژه هاي كليدي: الكترودياليز، غشاي تبادل يون ناهمگن، گرفتگي، مقاومت، طراحي آزمايش سطح پاسخ.