Симуляционное исследование электро

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12170 (2022) Цитировать эту статью

959 Доступов

8 цитат

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Мембранная технология отличается от других методов разделения такими преимуществами, как снижение энергопотребления из-за отсутствия фазового перехода, малый объем и высокий массоперенос, высокая эффективность разделения растворов, простая конструкция мембран и простота использования в промышленных масштабах. Существуют различные методы, такие как жидкостно-жидкостная экстракция, адсорбция, осаждение и мембранные процессы для отделения загрязнений из водного раствора. Методика жидкостной мембраны представляет собой практичный и простой метод разделения ионов металлов в качестве передового метода экстракции растворителем. Стабилизированные жидкие мембраны требуют меньшего расхода растворителя, более низкой стоимости и более легкого массопереноса благодаря их меньшей толщине, чем другие методы с использованием жидких мембран. Было численно исследовано влияние электростатических свойств, обусловленных электрическим полем, на скорость ионного транспорта и восстановление экстракции в жидкой мембране с плоской опорой (FSLM) и электростатической жидкой мембраной с плоской опорой (EFSLM). Были рассмотрены оба режима работы FSLM и EFSLM с точки зрения реализации электростатики. Используя численный подход, уравнения Пуассона-Нернста-Планка и Навье-Стокса были решены в нестационарных условиях с учетом различных значений диэлектрической проницаемости, коэффициента диффузии и вязкости при наличии электрической силы и мешалки соответственно. Важнейшим результатом данного исследования является то, что в аналогичных условиях при увеличении приложенного напряжения коэффициент извлечения увеличивается. Например, в режиме EFSLM при увеличении приложенного напряжения с \(10 \) до \(30 {\text{V}}\) коэффициент извлечения увеличился с \(53\) до \(98\%\) . Кроме того, было также замечено, что присутствие наночастиц оказывает существенное влияние на производительность системы SLM.

В настоящее время, с развитием технологий, количество промышленных сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду, постепенно увеличивается. Даже при низких концентрациях загрязняющие вещества в сточных водах оказывают разрушительное воздействие на здоровье человека и другие живые организмы. Ионы металлов являются одними из наиболее токсичных загрязнителей сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду1,2,3,4,5,6,7. Из-за широкого использования тяжелых металлов, таких как кадмий, в пигментах, гальваническом производстве, металлургии и сельскохозяйственном производстве (удобрения и пестициды), этот токсичный ион металла попадает в водные источники и загрязняет их8. С другой стороны, из-за отсутствия разлагаемости и токсичности присутствие этих металлов в водных ресурсах вызывает большую тревогу для экосистемы. По этой причине Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определила \(3{\text{ppm}}\) как максимально допустимую концентрацию кадмия в питьевой воде9,10,11. Поэтому необходимо разработать эффективные и малозатратные методы удаления металлов из сточных вод перед их утилизацией. Существуют различные методы удаления ионов металлов из сточных вод, такие как жидкостно-жидкостная экстракция12,13,14, адсорбция15,16, ионный обмен17, электродиализ18,19 и мембранные процессы2,20,21,22.

Сегодня мембранная технология имеет такие преимущества, как снижение энергопотребления из-за отсутствия фазового перехода, малый объем и высокий массоперенос, высокая эффективность разделения разбавленных растворов, простая конструкция мембран и простота использования в промышленных масштабах по сравнению с другими методами23. Выделяют изолирующие агенты, среди которых использование СЛМ содержит две фазы акцептора и донора благодаря высокой эффективности экстракции даже при низких концентрациях, низкому расходу растворителя, низкой стоимости, более легкому массопереносу за счет меньшей толщины, чем получили другие методы ЛМ. много внимания24.

Мембрана SLM может передавать нужный ион за счет движущей силы разности потенциалов или скорости. На сегодняшний день многие исследователи в области моделирования, симуляции и экспериментирования провели многочисленные исследования жидких мембран для очистки сточных вод, восстановления редкоземельных металлов25,26,27,28,29. Техрани и др.30 исследовали стабилизированные наножидкостные мембраны для отделения ионов гадолиния из среды раствора нитрата. Они исследовали влияние гидрофильных наночастиц TiO2 и гидрофобных SiO2 на стабилизированную жидкую мембранную систему. Результаты показали, что присутствие наночастиц существенно влияет на диффузию системы SLM, и пришли к выводу, что гидрофобные наночастицы более желательны. Захери и др.31 восстановили металлический европий с помощью углеродных нанотрубок и кислотных носителей (Cyanx 272) в системе SLM и исследовали влияние pH сырья на качество разделения. Бхатлури и др.32 исследовали удаление кадмия и свинца из водного сырья с помощью кокосового масла в качестве растворителя и аликвата 336 в качестве носителя. Увеличивая ЭДТА в принимающей фазе, они увеличили поток массопереноса33. Изучено разделение ионов Cd(II) и Ni(II) в водно-сульфатной среде с использованием стабилизированной жидкой мембраны (СЖМ). Было изучено влияние различных параметров, таких как концентрация сырья, концентрация носителя, фаза питания и pH рецептора, на коэффициент разделения и поток ионов Cd (II) и Ni (II), что позволило сделать вывод, что процент разделения кадмия намного выше. чем никель34. Рехман и др.35 исследовали перенос цинка (II) через плоскую мембрану SLM с помощью переносчика TDDA (три-н-додециламина). Стехиометрию выделенных частиц, т.е. комплекса, исследовали с помощью наклонного анализа и установили, что комплекс (LH)2·Zn(CL)2 ответственен за перенос Zn(II). Прогнозируемые результаты математической модели переноса цинка (II) согласуются с экспериментальными результатами. Было обнаружено, что поток Zn (II) несколько увеличивается с увеличением носителя и HCL в исходном растворе и снижается с дальнейшим увеличением концентрации. Мартинес и др.36 исследовали разделение смеси иттрия-неодима-диспрозия с использованием бис(2-этилгексил)гидрофосфата (D2EHPA) в качестве носителя с помощью FSLM путем моделирования. В расчетах использовались селективность и нестационарная кинетико-инфильтрационная модель. Распределение сопротивления между фазами, pH, концентрацией экстрактора и начальной концентрацией сырья существенно влияет на селективность и время процесса, а правильное управление ими улучшает разделение. Нестабильность мембранной фазы влияет на срок службы мембраны с течением времени, что приводит к исчезновению органической фазы мембраны в двух водных фазах. Фаза становится синей и может разрушить блок разделения.