• شماره ركورد
    33489
  • پديد آورنده

    اميرعباس نظري

  • عنوان
    تاثير آرايش لايه ‌پلي‌الكتروليت بر عملكرد نمك‌زدايي در غشا‌هاي نانوفلوئيديكي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي گرايش فرايند هاي جداسازي
  • سال تحصيل
    1402
  • تاريخ دفاع
    1404/3/3
  • استاد راهنما
    سيد نظام الدين اشرفي زاده
  • استاد مشاور
    نداشتم
  • دانشكده
    مهندسي شيمي، نفت و گاز
  • چكيده
    نمك‌زدايي از آب و توسعه فناوري‌هاي غشايي براي توليد آب شيرين يك چالش جهاني مي‌باشد. غشاهاي نانوفلوئيديكي ظرفيت زيادي در تبديل انرژي نشان داده‌اند، اما كاربرد آن‌ها در فرآيندهاي نمك‌زدايي كمتر مورد بررسي قرار گرفته است. اين پژوهش عملكرد غشاهاي نانوفلوئيديكي استوانه‌اي در حذف نمك‌‌هاي تك ظرفيتي LiCl، NaCl و KCl را بررسي كرده و بر تاثير نحوه چينش بار لايه نرم در ميزان نمك‌زدايي تمركز دارد. سه پيكربندي بار مختلف، تك‌قطبي با بار منفي، دوقطبي با بار منفي-مثبت و سه‌قطبي با بار منفي-مثبت-منفي، مورد بررسي قرار گرفته است. معادلات پوآسون-نرنست-پلانك و ناوير-استوكس در شرايط پايدار به‌صورت عددي حل شدند تا اثرات همزمان برهم‌كنش‌هاي الكترواستاتيكي، انتقال همرفتي و اعمال ميدان خارجي بر عملكرد نمك‌زدايي مورد تجزيه و تحليل قرار گيرد. نتايج نشان داد كه نانوكانال‌هاي دوقطبي بيشترين بازده نمك‌زدايي را دارند، زيرا از پديده يكسوسازي يوني (رفتار ديود-مانند) و ايجاد نواحي تخليه يوني قوي بهره مي‌برند. در فشار اعمالي 30 بار، نانوكانال دوقطبي مي‌تواند 81% تا 95% دفع نمك را در حضور ولتاژ خارجي و 47% تا 86% را بدون حضور ولتاژ خارجي داشته‌ باشد كه نسبت به پيكربندي‌هاي تك‌قطبي و سه‌قطبي عملكرد بهتري مي‌باشد. همچنين، نانوكانال دوقطبي رفتار بهتري در يكسوسازي جريان يوني از خود نشان مي‌دهد، به‌طوري‌كه جريان‌هاي يوني در 1 ‌ولت به 08/1 نانوآمپر براي LiCl، مقدار 25/1 نانوآمپر برايNaCl و 60/1 نانوآمپر براي KCl رسيدند كه بهبود انتخاب‌پذيري يوني را تاييد مي‌كند. تحليل عدد بدون بعد پكلت و غلظت الكتروليت نشان داد كه نانوكانال‌هاي دوقطبي، توانايي حفظ ميزان دفع نمك NaClبالاي 95% را در تقريبا عدد پكلت 05/0 دارد، در حالي كه پيكربندي‌هاي تك‌قطبي و سه‌قطبي افت شديدي در انتخاب‌پذيري تجربه مي‌كنند و ميزان نمك‌زدايي در پكلت بيشتر از 2/0 و فشار عبوري از غشاء بيشتر از 80 بار به كمتر از 50% كاهش مي‌يابد. همچنين نانوكانال دوقطبي توانايي عبور آب 19 ليتر بر مربع بر ساعت و همزمان توانايي نمك زدايي 90% براي NaCl دارد. اين مطالعه نشان مي‌دهد كه راهبردهاي تركيبي الكتروهيدروديناميكي، با ادغام معكوس‌سازي بار و انتقال يون به كمك ميدان خارجي، مي‌توانند نسل جديد سامانه‌هاي نمك‌زدايي با بازدهي بالا را ممكن سازند.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/04/12
  • عنوان به انگليسي
    The Effect of Polyelectrolyte Layer Cofiguration on Desalination Performance in Nanofluidic Membranes
  • تاريخ بهره برداري
    5/24/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    اميرعباس نظري

  • چكيده به لاتين
    Desalination of water an‎d the development of membrane technologies for freshwater production remain global challenges. While nanofluidic membranes have demonstrated significant potential in energy conversion, their application in desalination processes has been relatively underexplored. This study investigates the performance of cylindrical nanofluidic membranes in removing monovalent salts likes LiCl, NaCl, an‎d KCl that focusing on the effect of soft layer charge configuration on desalination efficiency. Three distinct charge patterns are examined: unipolar (negative), bipolar (negative–positive), an‎d tripolar (negative–positive–negative). The coupled Poisson–Nernst–Planck an‎d Navier–Stokes equations are numerically solved under steady-state conditions to analyze the combined effects of electrostatic interactions, convective transport, an‎d applied external fields on desalination performance. The results indicate that bipolar nanochannels exhibit the highest desalination efficiency due to ion rectification (diode-like behavior) an‎d the formation of strong ion-depletion zones. At an applied pressure of 30 bar, the bipolar nanochannel achieves 81%–95% salt rejection with voltage an‎d 47%–86% without voltage, outperforming the unipolar an‎d tripolar configurations. Additionally, the bipolar nanochannel exhibits superior current rectification behavior, with ionic currents reaching 1.08 nA for LiCl, 1.25 nA for NaCl, an‎d 1.60 nA for KCl at 1 V, confirming enhanced selec‎tivity. Further analysis of the Peclet number (Pe) an‎d electrolyte concentration reveals that bipolar nanochannels maintain NaCl rejection above 95% at Pe ≈ 0.05, whereas unipolar an‎d tripolar configurations experience a sharper decline in selec‎tivity, with rejection dro‎pping below 50% at Pe ‎> 0.2 an‎d TMP ‎> 80 bar. Furthermore, the bipolar nanochannel is capable of delivering a water flux of 19 L^(-1).m^(-2) 〖.h〗^(-1) while simultaneously achieving 90% salt rejection for NaCl .These findings underscore the significant impact of charge modulation in nanofluidic membranes an‎d highlight that bipolar nanochannels provide the most effective balance between ion rejection an‎d water permeability. This study establishes a novel framework for charge-engineered nanofluidic membranes, demonstrating that hybrid electrohydrodynamic strategies, integrating charge inversion with external field-assisted ion transport, could enable next-generation high-efficiency desalination systems.
  • كليدواژه هاي فارسي
    كلمات كليدي: غشاهاي نانوسيال، نانوكانال‌هاي هوشمند، نمك‌زدايي، لايه‌هاي پلي‌الكتروليت چند قطبي.
  • كليدواژه هاي لاتين
    Keywords: Nanofluidic Membranes; Smart Nanochannels; Water Desalination; Multipolar Polyelectrolyte Layers;
  • Author
    Amir Abbas Nazari
  • SuperVisor
    Seyed Nezameddin Ashrafizadeh