20986

۲۰۹۸۶

مدل سازي يون زدايي ظرفيتي براي فرآيند نمك زدايي ناپيوسته

ارشد

مهندسي شيمي

۱۳۹۴

۱۳۹۸/۱/۳۱

دكتر سوسن روشن ضمير

مهندسي شيمي، نفت و گاز

تكنولوژي يون¬زدايي ظرفيتي يك فرآيند اميد بخش براي نمك¬زدايي از آب دريا مي¬باشد. در اين روش يون-هاي نمك موجود در آب لب شور با عبور از ميان دو الكترود متخلخل حذف مي¬شوند. در واقع با اعمال يك اختلاف ولتاژ ميان اين الكترودها، يون¬هاي مثبت و منفي به سمت الكترودهاي مورد نظر رفته و در لايه دوگانه الكترواستاتيك تجمع مي¬كنند و به طور موقت در آنجا بدون تحرك باقي مي مانند. تحت چنين شرايطي آب لب شور عبوري به آب بدون نمك تبديل مي¬شود. از مهم¬ترين مزيت¬هاي اين تكنولوژي كاهش مصرف انرژي و كاهش اثرات زيست محيطي است. مهم¬ترين چالشي كه اين تكنولوژي با آن مواجه است، بحث مربوط به تجاري سازي اين سيستم مي¬باشد كه پيشنهادهاي متعددي براي بهبود آن ارائه شده است. عمليات يون¬زدايي ظرفيتي در دو حالت انجام مي¬شود:1- يك بار گذر و 2- ناپيوسته. در حالت يك بار گذر آب¬شور فقط يك بار از سل CDI عبور مي¬كند، اما در حالت ناپيوسته حجم آب¬شور مرتب بازگرداني مي-شود تا به يك وضعيت پايا برسد. در اين تحقيق رفتار گذراي يك سل يون¬زدايي ظرفيتي در حالت ناپيوسته مدل¬سازي شده است. اين فرآيند بر اساس معادلات بقاي جرم و بار الكتريكي حاكم بر سيستم يون‌زدايي ظرفيتي و مدل دونان بهبوديافته در فضاي ميكروحفرات الكترودهاي كربني، مدل ديناميكي انتقال يون در فضاي جداكننده و فرضيات موجود در تحقيق براي الكتروليت حاوي نمك تك ظرفيتي 1:1 NaCl، و نيز چشم پوشي از واكنش¬هاي فارادي و مقاومت الكتريكي، مورد مدل‌سازي و بررسي قرار گرفته است. مدل مورد نظر با نرم افزار MATLAB 2015b و با روش نيوتن رافسون حل گرديده است. براي اعتبارسنجي مدل¬، داده‌هاي حاصل از مدل همچون ميزان نمك جذب شده و بار الكتريكي با داده‌هاي تجربي ارائه‌شده در تحقيقات معتبر پيشين، مقايسه گرديده و نتايج به دست آمده از مدل تطابق خوبي با داده¬هاي تجربي داشته است.

1398/06/09

Modeling the Capacitive Deionization Batch-Mode Operation for Desalination

4/19/2020 12:00:00 AM

Capacitive deionization technology is a promising process for the desalination of seawater. In this method, salt ions in brackish water are removed by passing through two porous electrodes. In fact, by applying a voltage difference between these electrodes, the positive and negative ions go toward the desired electrodes and accumulate in the electrostatic double layer and temporarily remain inactive there. Under such conditions, salty water is converted into salt-free water. One of the most important advantages of this technology is reducing energy consumption and reducing environmental impacts. The most important challenge this technology faces is the commercialization of the system, with a number of suggestions to improve it. Capacitive deionization operations are carried out in two modes: single-pass and 2-batch mode. At once, the water passes through the CDI cell only once, but in a batch mode, the volume of the water is regularly restored to a stable state. In this study, the transient behavior of a capacitive deionization cell is modeled in a batch mode. The process is investigated and modeled based on mass and charge conservation equations, discarding Faraday's reactions and electrical resistance and modified donnan model in micropores, and a dynamic ion transport model in the spacer area. Finally, to validate model, calculated data is compared with the presented experimental data by Zhao and Porada.