ساخت و ارزيابي الكترودهاي يون‌زدايي ظرفيتي به منظور نمك‌زدايي از آب

كارشناسي ارشد

فرايند يون‌زدايي ظرفيتي به‌عنوان يك فناوري نوين الكتروشيميايي، به دليل مصرف كم انرژي، تاثيرات زيست‌محيطي كم و عملكرد به نسبت ساده، توجه زيادي را در دهۀ اخير به‌منظور نمك‌زدايي از آب به خود جلب كرده است. در اين فناوري كه الكترودها نقش اصلي را در جذب يون‌ها از آب ايفا مي‌كنند، لازم است تا از سطح ويژه و آب‌دوستي زياد، رسانايي الكتريكي و يوني بالا و پايداري الكتروشيميايي مطلوب برخوردار باشند. به همين علت در پژوهش حاضر، به بررسي الكترودهاي يون‌زدايي ظرفيتي به‌منظور نمك‌زدايي از آب، به‌عنوان اصلي‌ترين جزء اين فرايند پرداخته شده است. در اين پژوهش ابتدا چارچوب فلز-آلي بر پايۀ فلز روي و ليگاند آلي بنزن تري‌كربوكسيليك اسيد با روش حلال‌گرمايي ساخته شده است. سپس با آزمون‌هاي پراش پرتو ايكس (XRD)، طيف‌سنجي فوريه فروسرخ (FTIR)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM)، طيف‌سنجي پراكندگي انرژي پرتو ايكس (EDS)، نقشه عنصري (Elemental mapping)، تخلخل‌سنجي به‌روش برونر-امت-تلر (BET) و زاويۀ تماس (CA)، ساختار چارچوب فلز-آلي ساخته‌شده، سنجيده شده است. سپس تعدادي الكترود شامل يك الكترود كربن‌فعال/چسباننده (الكترود E1) و پنج الكترود ديگر شامل كربن‌فعال/چسباننده/چارچوب فلز-آلي با تركيب درصدهاي متفاوت از چارچوب فلز-آلي تهيه شد؛ در اين مرحله الكترودي كه حاوي 6% چارچوب فلز-آلي بود (الكترود E2) و ظرفيت ويژه و مقاومت انتقال يون آن به‌ترتيب F g-1 88 و Ω 9/4 به‌دست آمد، به‌عنوان بهترين الكترود به لحاظ عملكرد الكتروشيميايي انتخاب شد. در اين مرحله نيز با آزمون‌هاي FTIR، FESEM، EDS، Elemental mapping و CA، مشخصه‌يابي كاملي از الكترودهاي E1 و E2 به‌منظور ارزيابي تاثير افزايش چارچوب فلز-آلي به الكترود كربني، صورت گرفت. در ادامه الكترودهاي E1 و E2 به‌منظور بررسي عملكرد يون‌زدايي، با پوشش‌دهي جوهر الكترود (به‌عنوان لايۀ فعال) روي پارچۀ كربني كه بر روي يك صفحۀ گرافيتي به‌عنوان پايۀ الكترود قرار داشت، تهيه شدند و در سه آرايش مختلف (شامل آرايش متقارن از E1، آرايش متقارن از E2 و آرايش نامتقارن از هر دو الكترود) در سامانۀ يون‌زدايي ظرفيتي با محلول الكتروليت نمك سديم كلريد (غلظت mg L-1 100 و رسانايي µS cm-1 4/253) و تحت شرايط بهينه (ولتاژ V 6/1 و شدت جريان خوراك mL min-1 20) مورد ارزيابي قرار گرفتند كه بهترين عملكرد در حالت استفادۀ نامتقارن از الكترودها حاصل گرديد. در اين حالت ظرفيت نمك‌زدايي به mg g-1 3/6 رسيد كه نسبت به دو آرايش متقارن E1 و متقارن E2 به‌ترتيب mg g-1 1/1 و mg g-1 3/0 افزايش در مقدار نمك‌زدايي را از خود نشان داد. واژه‌هاي كليدي: يون‌زدايي ظرفيتي، نمك‌زدايي از آب، چارچوب فلز-آلي، الكترود كربني.

207760

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر فواد مهري

مهندسي شيمي

دكتر سوسن روشن ضمير