Investigation of solute transport through nanoporous materials for water desalination
Suyun tuzdan arıtılmasında nano gözenekli malzemeler yoluyla çözüntü taşınmasının incelenmesi
- Tez No: 909285
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BETÜL URALCAN KILAVUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 82
Özet
Kapasitif deiyonizasyon (KDI), toksik maddelerin giderilmesi açısından önemli olan seçici iyon giderimi için dikkate değer bir teknoloji olarak ortaya çıkmıştır. Bu çalışma, moleküler dinamik (MD) simülasyonlarını kullanarak KDI hücrelerindeki iyon davranışını ve adsorpsiyon mekanizmalarını incelemektedir. Borat (B(OH)₄⁻) iyonlarının seçici olarak giderilmesini, 250 mM ve 1330 mM molaritelerde ve Cl⁻ ile B(OH)₄⁻ oranının 5 olduğu tuzlu su ortamında inceledik. Grafen elektrotlar, seçici iyon giderimini artırmayı amaçlayan fonksiyonel gruplarla 5.5 Å, 16.0 Å, 18.0 Å ve 20.0 Å gözenek boyutlarına sahip yarık şeklindeki yapılar şeklinde oluşturuldu. Şarj simülasyonları, 1.0 V sabit potansiyel altında gerçekleştirildi. Sonuçlarımız, 5.5 Å gözenek boyutunun her iki molaritede de 1.0'dan düşük seçicilik değerleri ile yetersiz iyon adsorpsiyonu ve seçicilik sergilediğini göstermektedir. Buna karşılık, 16 Å, 18 Å ve 20 Å gözenek boyutları, 1330 mM molaritede 20 Å gözenek için maksimum 2.11 seçicilik değeri ve 250 mM molaritede 18 Å gözenek için 1.80 seçicilik değeri ile 1.30'dan büyük seçicilik değerleri göstermektedir. RDF analizi, 16 Å, 18 Å ve 20 Å gözenek boyutları için elektrot yakınında borat iyonlarına artan bir yakınlık ortaya koyarken, hidratlı borat iyonlarının boyutları nedeniyle 5.5 Å gözenek içine giremediğini göstermektedir. Y-eksenindeki elektrolit dağılımı analizi, duvarlardaki fonksiyonel grupların B(OH)₄⁻ iyonlarını çekerek hidrojen bağı oluşumunu ve adsorpsiyonunu kolaylaştırdığını, Cl⁻ iyonlarının ise duvarlardan daha uzak bir şekilde dağıldığını göstermektedir. Yük dağılımı analizi, elektrot duvarları yakınında fonksiyonel grupların daha yoğun olduğu bölgede merkeze yayılan bir yük-polarize alan ortaya koymaktadır. Elektrot yüzeylerindeki fonksiyonel gruplar, gözeneklerdeki hidrojen bağı oluşumunu artırarak iyon seçiciliğini iyileştirmektedir. Bu çalışma, KDI sistemlerinde seçici iyon giderimi mekanizmalarına dair önemli bilgiler sunmakta ve KDI verimliliğini artırmada gözenek boyutu ve fonksiyonelleştirmenin önemini vurgulamaktadır
Özet (Çeviri)
Capacitive deionization (CDI) has emerged as a noteworthy technology for selective ion removal, crucial for eliminating toxic substances. This study examines ion behavior and adsorption mechanisms in CDI cells using molecular dynamics (MD) simulations. We targeted the selective removal of borate (B(OH)₄⁻) ions from saline water at molarities of 250 mM and 1330 mM, with a Cl- to B(OH)₄⁻ ratio of 5. Graphene electrodes formed slit-shaped structures with pore sizes of 5.5 Å, 16.0 Å, 18.0 Å, and 20.0 Å with functional groups on the electrode surface, aimed to enhance selective ion removal. Charging simulations were conducted under 1.0 V constant potential. Our results demonstrate that a 5.5 Å pore size exhibits insufficient ion adsorption and selectivity, with selectivity values less than 1.0 for both molarities. In contrast, pore sizes of 16 Å, 18 Å, and 20 Å show selectivity values greater than 1.30, a maximum selectivity of 2.11 for the 20 Å pore at 1330 mM molarity followed by 1.80 for the 18 Å pore at 250 mM molarity. RDF analysis revealed increased affinity for borate ions in the pore for with 16 Å, 18 Å, and 20 Å pore sizes and hydrated borate ions cannot enter the 5.5 Å pore due to their size. Electrolyte distribution analysis along the y-axis showed functional groups on the walls attracted B(OH)₄⁻ ions, facilitating hydrogen bond formation and adsorption, whereas Cl⁻ ions distributed farther from the walls. Charge distribution analysis revealed a charge-polarized layer near electrode walls dispersing towards the center, where functional groups were denser, causing higher charge affinity. Functional groups on electrode surfaces enhance hydrogen bond formation within pores, which improves ion selectivity and optimizes capacitive deionization performance. This study provides crucial insights into the mechanisms of selective ion removal in CDI systems, highlighting the importance of pore size and functionalization in enhancing CDI efficiency.
Benzer Tezler
- Polivinil prolidon katkılı polisülfon membranlarda üre ve kreatinin difüzyonu
Başlık çevirisi yok
TUBANUR KARAKAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİRGÜL TANTEKİN (ERSOLMAZ)
- Sularda çözünmüş maddelerin taşınımında yarı sonsuz ortam varsayımının araştırılması
Investigation of semi infinite flow domain assumption in ground water solute transport
ALİ TOYGAR AKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Jeoloji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiUygulamalı Jeoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜKSEL K. BİRSOY
- Encapsulation and release of amino acids in double emulsions
Amino asitlerin çoklu emülsiyonlarda enkapsülasyonu ve salımı
ESRA KOCAMAN
Doktora
İngilizce
2021
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ASLI CAN KARAÇA
PROF. DR. PAUL VAN DER MEEREN
- Hemodiyaliz amaçlı poliakrilonitril membranlar hazırlanması
Preparation of polyacrylonitrile membranes for hemodialysis application
GAMZE BEHMENYAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİRGÜL TANTEKİN (ERSOLMAZ)
- Eymir-Mogan gölleri arasında yeraltı suyu akım ve kütle taşınım modeli
Groundwater flow and solute transport model between Eymir and Mogan lakes (Ankara)
ERKAN DİŞLİ
Doktora
Türkçe
2007
Jeoloji MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiJeoloji (Hidrejeoloji) Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. LEVENT TEZCAN