18881

۱۸۸۸۱

يون زدايي خازني غشايي آب بر پايه ي الكترودهاي سوسپانسيوني (قابل جريان) نانو كربن فعال

كارشناسي ارشد

فرآيندهاي جداسازي

اسفند ۱۳۹۶

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده

مهندسي شيمي، نفت و گاز

فرآيند يون زدايي خازني غشايي با الكترودهاي جاري يك فرآيند جديد براي يون زدايي از آب است كه در آن سلي شامل غشاهاي تبادل كاتيون و آنيون نقش اساسي در فرآيند را ايفا مي كند و با اعمال پتانسيل الكتريكي به دو طرف سل، يون هاي مثبت و منفي به ترتيب با عبور از غشاهاي تبادل كاتيون و آنيون جذب كربن هاي فعال موجود در الكترودهاي جاري مي شوند و عمل يون زدايي اتفاق مي افتد. در اين پژوهش براي اولين بار در كشور ايران با طراحي و ساخت سل فرآيند، به مطالعه اين فرآيند پرداخته شد و مطالعات پايه اي براي شناخت بهتر فرآيند انجام گرديد و پارامترهاي موثر معرفي شد. در بين پارامترهاي موثر در ابتدا ميزان كربن فعال مناسب براي الكترودهاي جاري بدست آمد كه 4 درصد وزني كربن فعال به عنوان مقدار بهينه انتخاب شد و ديگر پارامترهاي اساسي مثل ولتاژ بهينه برابر با 1.2 ولت در اين مقدار كربن بدست آمد. بررسي غلظت هاي اوليه و دبي هاي جريان مختلف براي محلول رقيق شونده و نحوه ي انجام فرآيند يعني تك گذر و گردشي در اين مقدار كربن فعال و ولتاژ بهينه نشان داد كه هرقدر غلظت اوليه محلول رقيق شونده بيشتر باشد در هر دو فرآيند تك گذر و گردشي بازده بار پويا و ميزان نمك جذب شده به ازاي گرم كربن بيشتر مي شود و مصرف انرژي به ازاي واحد مول نمك كمتر مي شود. از طرفي در شرايط بهينه، هرقدر دبي در جريان گردشي بيشتر باشد با اين كه بازده نمك زدايي بيشتر از جريان تك گذر مي شود ولي بازده بار پويا كاهش و مصرف انرژي افزايش مي يابد. براي مثال، براي نمك زدايي mL250 محلولmg/L 700 آب نمك در مدت زمانmin 50 با دبي جريان mL/min 5 براي جريان تك گذر و دبي جريان mL/min 5، mL/min 20 براي جريان گردشي، بازده بار پويا براي جريان تك گذر و گردشي به ترتيب برابر 94.72٪، 92.45٪ و 73.67٪ و مصرف انرژي به ازاي واحد مول يون جذب شده به ترتيب برابر 61.12، 62.62 و 78.58 (J/mmol ion) است. واژه‌هاي كليدي: يون زدايي خازني با الكترودهاي جاري، نمك زدايي، الكترودهاي سوسپانسيوني، شيرين سازي آب.

1397/03/05

5/26/2018 12:00:00 AM

Membrane capacitive deionization by flow-electrodes is a novel process for deionization of water, where the cell which incorporates the cation and anion exchange membranes, plays an essential role in the process. By applying electrical potential to both sides of the cell, positive and negative ions pass through the cation and anion exchange membranes, respectively, to be adsorbed on the activated carbon electrodes. This process has been studied for the first time in Iran by means of a lab-scale cell. Basic studies have been carried out to provide a better insight into the process and define the effective parameters. Among the effective parameters, the amount of 4% activated carbon was initially found suitable for flow electrodes as optimum value, and the other parameters, such as the optimal voltage of 1.2 volts, were obtained at this level of carbon. Initial concentrations and flow rates for a dilute solution, as well as the process of single pass and circulation, at the mentioned amount of activated carbon and voltage were identified. At the higher concentrations of dilute solution in both of single pass and circulation processes, the dynamic charge efficiency and the amount of salt adsorbed per gram of carbon were increased, while the energy consumption per unit mole of the salt decreased. The higher the flow rate in the circulation mode, the desalination efficiency was greater than that of single-pass mode at the optimum conditions. However, the dynamic charge efficiency decreased and the energy consumption increased, simultaneously. Desalination of 250 mL of a solution of 700 mg/L for 50 min with a flow rate of 5 mL/min for the single pass, and flow rates of 5 and 20 mL/min for circulating mode was conducted. The dynamic charge efficiency for single pass and circulation modes was 94.72%, 92.45% and 73.67%, respectively. Meanwhile, the energy consumption per unit mole of ion was obtained about 61.12, 62.62 and 78.58 (J/mmol ion) for the latter experiments, respectively. Keywords: Flow-electrode Capacitive Deionization, Desalination, Suspension Electrodes, Water Sweetening