Investigation of desalination performance of capacitive deionization technology
Kapasitif deiyonizasyon teknolojisinin desalinasyon performansının incelenmesi
- Tez No: 540083
- Danışmanlar: PROF. DR. İPEK İMAMOĞLU, PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Kapasitif deiyonizasyon (CDI) suyun tuzdan arınması amacıyla geliştirilen yeni teknolojilerden birisidir. CDI teknolojisi, genellikle gözenekli karbon malzemelerden üretilen elektrikle yüklü elektrot çiftlerinin yüzeyindeki iyon elektrosorpsiyonuna dayanır. Küresel tatlı su talebindeki sürekli artışla birlikte, CDI teknolojisi enerji tasarruflu ve düşük maliyetli bir su arıtma prosesi olarak daha da öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, CDI prosesinin iyon giderme kapasitesi, farklı karbon bazlı elektrotlar kullanılarak çeşitli çalışma koşulları altında incelenmiştir. Bu amaçla, ticari olarak temin edilebilen, uygun maliyetli aktif karbon ve grafen malzemelerden karbon bazlı süperkapasitör elektrotlar geliştirilmiş ve bu malzemelerin deiyonizasyon için kullanımı detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Karbon malzemelerin por yapısı, morfolojisi ve kimyasal yapısı analiz edilmiş ve her iki karbon malzemesinin de farklı yapısal özelliklere sahip gözenekli bir yapıda olduğu belirlenmiştir. Üretilen elektrotların elektrokimyasal özellikleri de incelenmiş, her iki elektrot da iyi elektrokimyasal reaksiyon kinetiği göstermiş ve elektrosorpsiyon prosesi sırasında elektriksel çift tabaka mekanizmasını izlemiştir. Ayrıca, üretilen karbon bazlı elektrotların deiyonizasyon performansları laboratuar ölçekli bir CDI ünitesinde değerlendirilmiştir. Karbon elektrotların elektrosorpsiyon davranışı, farklı elektrik potansiyellerinde ve su akış hızlarında analiz edilmiş, ve çalışma parametrelerinin sorpsiyon kapasitesi üzerindeki etkisi belirlenmiştir. 20 ml/dak akış hızında ve 2.0 V potansiyelde, aktif karbon ve grafen elektrotlarının sırasıyla 8.9 μmol/g ve 10.7 μmol/g maksimum elektrosorptif kapasite değerleri elde edilmiştir. Ek olarak, üretilen elektrotların tek ve iki değerli iyon giderim kapasiteleri, farklı başlangıç tuz konsantrasyonlarına sahip çözeltiler kullanılarak incelenmiştir. Yüksek mezopor oranına sahip olan grafen benzeri malzeme, hem tek hem de iki değerli iyonların giderimi göz önüne alındığında yüksek konsantrasyonlarda daha iyi deiyonizasyon performansı göstermiştir, ancak mikropor yapılı aktif karbon, düşük tuz konsantrasyonlarında tek değerlikli iyonlar için daha yüksek iyon giderim kapasitesine ulaşmıştır.
Özet (Çeviri)
Capacitive deionization (CDI) is one of the emerging technologies developed with the purpose of water desalination. CDI technology is based on ion electrosorption at the surface of electrically charged electrode couples that are commonly comprised of porous carbon materials. Along with the continuous increase in the global fresh water demand, CDI technology becomes more prominent as an energy efficient and cost-effective water purification process. In this study, ion removal capacity of the CDI process was investigated under various operational conditions using different carbon based electrodes. For this purpose, carbonaceous supercapacitor electrodes were developed from commercially available, cost-effective activated carbon and graphene materials, and the use of these materials for deionization was explored in detail. The porosity, morphology and chemical nature of the carbonaceous materials were analysed, and it has been found that both materials are porous with different structural properties. Electrochemical properties of the fabricated electrodes were also investigated, and both electrodes showed good electrochemical reaction kinetics and follow electric double layer mechanism during electrosorption process. Furthermore, deionization performances of the fabricated carbonaceous electrodes were evaluated in a laboratory scale CDI unit. The electrosorption behavior of carbonaceous electrodes was analyzed at different electrical potentials and water flow rates, and impact of operating parameters on the sorption capacity was investigated. At a flow rate of 20 ml/min and at a potential of 2.0 V, the maximum electrosorptive capacities of 8.9 μmol/g and 10.7 μmol/g were obtained from activated carbon and graphene electrodes, respectively. In addition, monovalent and divalent ion removal capacities of the fabricated electrodes were determined using solutions with different initial salt concentrations. Graphene-like material with high mesoporosity showed better deionization performance at high concentrations considering removal of both monovalent and divalent ions, yet microporous structured activated carbon reached higher ion removal capacity for monovalent ions at lower salt concentrations.
Benzer Tezler
- Investigation of solute transport through nanoporous materials for water desalination
Suyun tuzdan arıtılmasında nano gözenekli malzemeler yoluyla çözüntü taşınmasının incelenmesi
AYŞE HAFSA DOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BETÜL URALCAN KILAVUZ
- Doğal dolaşımlı, kendinden depolu güneş toplayıcısının ısıl analizi
The Thermal analysis of a novel built-in-stroge solar water heater
İ.NECMİ KAPTAN
- Jeolojik süreksizliklerin keskilerin kesme performansı üzerine etkisinin araştıılması
Başlık çevirisi yok
CEMAL BALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NUH BİLGİN
- Betonarme kirişlerin karbon plaka ve kumaşlarla güçlendirilmesi
Strengthening of reinforced concrete beams with carbon plates and fabrics
AHMET KAĞAN UZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABAHATTİN AYKAÇ
- Multifaceted characterization and optimization of aerospace grade thermoplastic composites joints: Advances in surface treatments, mechanical performance, and environmental resilience
Havacilik ve uzay sinifi termoplastik kompozit bağlantilarin çok yönlü karakterizasyonu ve optimizasyonu: Yüzey işlemleri, mekanik performans ve çevresel koşullarda dayaniklilik alanindaki gelişmeler
CEREN YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ