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电容去离子作用(CDI)

电容去离子作用(CDI);基本原理及应用2021欧洲杯单场彩票007胜胜

介绍

电容去离子作用(CDI)是一个指控物种从水中移除的过程的系统使用一个电位差(电动力离子)的一对电极之间由多孔碳通常的。一个电极是带正电的吸附阴离子(带负电荷的离子)和另一个电极带负电荷吸附阳离子(带正电荷的离子)。

没有液压意味着可以减少运营成本和污染控制等与压力膜过程。更重要的是,需要一个相对较低的电压(< 1.8 V)这意味着显著的优势的低能量需求与大量的水回收。

图1,CDI的可能应用领域技术和实用的策略,提高选择性。阳离子(Na +、Ca2 + Mg2 +和重金属离子)和阴离子(PO4 3−和NO3−)是正电和负电electrosorbed电极分别。

消除电容消电离过程的选择性是由饲料污染物的特征(例如,离子电荷、水合半径和离子初始浓度),操作条件(例如,外加电压)和电极性能(例如,孔隙大小、孔隙大小分布和结构)。

电容去离子作用操作周期;吸附和解吸

典型的电容去离子系统周期之间的两个阶段:吸附,离子在哪里从水和b)解吸,电极的再生。

)潜在的区别是应用在两个电极和离子的水吸附。如果我们有多孔碳电极离子运输通过颗粒间的孔隙intraparticle毛孔,离子electrosorbed在所谓的地方双电层(edl)。

联盟是一个结构,它出现在一个物体的表面暴露在流体。它由两个平行的层电荷周围的对象。第一层,表面电荷(或正面或负面),由离子吸附到对象由于化学相互作用。第二层是由表面电荷的离子通过库仑力,电筛查第一层。第二个层松散与对象相关。它是由自由移动的离子液体的影响下电动吸引和热运动而不是稳固。因此被称为“扩散层”(图2)。

一)

图2,CDI模型存储电荷和离子在多孔电极。(a)的双电层结构(EDL)根据Gouy-Chapman-Stern理论为单个平面EDL(离子有大小有限,所以不能方法表面近几海里)。(b) Two-porosity-model电极

图3,Adsorption-Desorption电容去离子作用的机制。在离子吸附步骤(a)从微咸水和解吸步骤(b)的离子释放电极再生后者。

恒压和恒流运行模式

电容去离子作用细胞可以在恒压或恒流模式。

恒压操作

当使用恒压操作在吸附阶段的CDI edl(碳基系统)在一个吸附步骤的开始卸货,导致高电位差超过两个电极和废水浓度降低。当更多的离子吸附在联盟,联盟潜在的增加和剩下的电极之间的电位差减小。由于离子去除率降低,废水离子浓度增加。

b)恒流操作

由于离子电荷运入电极应用电流不变的情况下,通过使用恒流允许更好地控制废水盐浓度。为了有一个稳定的废水,盐浓度膜应该使用在CDI细胞(MCDI),作为该操作模式不仅诱发抗衡离子吸附,但co-ion损耗。

系统的优势

电容去离子作用它有一些独特的优点。首先它使盐去除(sub-osmotic)压力和房间温度较低,主要的输入是一个小电池电压(∼1 V)和电流,其大小取决于系统的大小。所以,CDI不需要耦合高压泵或热源,这意味着系统只有肤浅的扩展。

其次离子直接运出的给水,使潜在的高能源效率低盐度海水淡化海水(盐水)。

第三CDI可以存储能量(类似于超级电容器)和淡化海水被起诉。即使这个能量存储能力不是利用,一旦投资收取离子去除几乎完全恢复在放电的电极材料,使用反伊斯兰教英国防御联盟的库仑效率高的技术。

电容去离子系统应用程序2021欧洲杯单场彩票007胜胜
水软化
重金属去除
磷酸盐和硝酸盐去除

水软化

水的硬度是由水中的矿物质,如钙和镁,在工业设备创建规模问题。过程中用于移除这些扩展离子,从而软化的水,是化学沉淀、离子交换(IX)、NF, RO和ED消耗大量的能量或需要一个过度使用化学物质。所以鉴于CDI为软水具有明显的优势,因为它的低能耗,是一种不含化学物的过程。

重金属去除

工业废水通常含有有毒重金属,如铅、镉、铬,正在越来越多地释放到环境。处理技术包括化学沉淀、第九、吸附、膜过程,凝聚和絮凝,电化学过程受到一定的缺点。例如化学沉淀产生大量的污泥和二次浪费,他们仅适用于高浓度的离子。第九方法生成二次浪费在树脂的再生这限制了其大规模的适用性。的驱使膜过程对重金属去除效率,但他们有很高的运营成本。也都很高的CAPEX和OPEX电化学过程。电容消电离过程,另一方面,可能提供一个可行的技术选择重金属去除由于其良好的能源效率不使用化学品或产生浪费。

磷酸盐和硝酸盐去除

磷酸盐和硝酸盐主要包含在农业和工业应用和他们需要移除为了防止环境破坏,如富营养化水源。2021欧洲杯单场彩票007胜胜营养,尤其是磷,也是粮食生产的必需元素,越来越稀少的世界,恢复他们也是一个重点。

流程从废水除磷和恢复鸟粪石沉淀和污泥焚烧,但他们需要一个高投资,由于化学和能源需求。

此外,全面的技术已经申请了硝酸盐去除和生物过程紧随其后的膜过程,如反渗透、离子交换、化学过程。尽管优秀的去除效率仍有问题可运营,预处理和后处理的要求,和二次污染的产生。

商业CDI单位报告了硝酸盐去除废水的88 - 98%。

与电容消电离耦合反渗透

RO技术是最普遍的海水淡化过程主要是由于其非常高的盐被拒绝,但仍有一些缺点,如膜污染和扩展和高能源消耗。CDI可能恭维RO和帮助其局限性RO-CDI混合动力系统实现提高性能和更高的能源效率。欧洲杯四强彩票奖金

有两个主要RO-CDI混合动力系统:欧洲杯四强彩票奖金

RO-CDI通过系统治疗RO渗透(CDI)超纯水(超纯水)生产
RO-CDI阶段系统治疗RO盐水(CDI)最大化水回收率在废水处理。
RO-CDI传递系统

由于严格的饮用水法规是需求增加的高纯度水从高科技产业和辅助流程。罗马尼亚瑞士赔率使用超纯水在许多行业,如医药、电子和电厂罗马尼亚瑞士赔率。传统的主要过程超纯水生产方案是双行程RO系统。尽管双行程RO系统的去除效率高,这通常由第一轮的RO过程和第二半咸水RO (BWRO)过程(图4 (a)),其高能源消耗导致了新系统的探索。欧洲杯四强彩票奖金因此,RO-CDI通过系统建议取代传统的双行程RO系统(图4 (b))。

视图;典型的两个通过RO系统的示意图和RO-CDI超纯水的生产。在RO-CDI RO渗透进一步治疗来达到非常高的超纯水所需的质量标准。

几项研究已经证明了应用电容消电离为高质量的水生产的潜力。CDI的引入作为RO渗透抛光步骤可以是一个可选择的解决方案由于其巨大的能源效率。然而,一些有机或无机污染担忧,美联储在水中主要污染物两组CDI系统。欧洲杯四强彩票奖金因此,CDI过程可以最大化的性能通过控制污染或扩展。在这方面,RO-CDI通过系统调查生产不仅饮用水也高度纯净水,比如超纯水

通过优化系统的配置和改善CDI性能、超纯水的总溶解固体(TDS)浓度大幅降至0.035 mg / L(它的电阻率是18.8 MΩ/厘米),可用于半导体行业要求最高的纯度。罗马尼亚瑞士赔率也是饲料TDS浓度的报道,10 mg / L,超纯水与电阻率从2到9 MΩ/厘米是在外加电压为1.5 V

最近的先进的研究表现出巨大潜力ROCDI通过系统的替代传统的水质RO-EDI系统满意产品和能源效率。结合了ED和离子交换树脂的EDI,目前最常见的过程用于超纯水生产系统。欧洲杯四强彩票奖金尽管EDI可以提供高纯度产品水,EDI过程的具体能耗(SEC)(0.39 - -2.11千瓦时/ m³)是相对高于CDI过程(0.02 - -0.22千瓦时/ m³)根据应用电压、流量、和饲料TDS浓度。

另一个可能的应用溴化RO-CDI通过系统可以去除在海水淡化。最近的一项研究报道,采用CDI代替传统BWRO作为第二过程可以降低能源消耗40%治疗初步的RO渗透时,证明RO-CDI通过海水淡化系统的可行性。

RO-CDI阶段系统

除了海水淡化,RO最近扩大其应用到工业和市政污水处理。然而,生产RO盐水RO过程中是不可避免的。RO盐水的治疗是一个关键的挑战提高RO系统的总体水回收率,因此,RO-CDI最近提出的混合动力系统。欧洲杯四强彩票奖金

当高有机浓度,处理城市污水预处理通常是采用CDI过程之前,因为有机污染CDI过程中不仅可以去除效率也显著恶化增加能耗。因此,去除有机物的各种预处理过程已被应用。

RO-CDI阶段系统提出了工业废水处理和改善水回收。仿真结果表明,CDI过程产生的最终水质497 mg / L RO盐水1686 mg / L时用作饲料CDI系统解决方案,满足饮用水法规从世界卫生组织(世卫组织)。此外,这个ROCDI阶段系统的能源消耗减少了大约19%的两级反渗透系统相比,根据能量回收装置的效率(ERD)。还进行了一个实验验证,证明了使用RO-CDI阶段系统的可行性为工业废水处理。

除了工业污水处理、RO-CDI阶段系统已经将其应用扩展到国内废水回收,甚至在主要城市如巴萨、东京和新加坡。2021欧洲杯单场彩票007胜胜在新加坡的新生水系统,例如,RO盐水从市政水回收设施包含一个极其高有机浓度(TOC: 15.0 - -31.1 mg / L)。因为有机物RO盐水可以在CDI细胞造成严重污染,一些预处理程序,如臭氧、生物活性炭(BAC)、微滤(MF)、超滤(UF),应用在CDI过程。CDI的脱盐效率和水回收过程范围从86年的92%和78 89%,分别。此外,RO-CDI阶段的水回收系统是超过90%,约15%降低能源消耗比传统的两级反渗透系统,即使考虑BAC预处理的能耗。在这项研究中,美国证券交易委员会(SEC)的半工业规模CDI过程BAC预处理为0.85千瓦时/ m³。

从“电膜过程”