Розробка модуля ємнісної деіонізації води для систем водопідготовки автомийок

Автор(и)

  • Дмитро Вікторович Кудін Національний науковий центр «Харківський Фізико-Технічний Інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-6704-1582
  • Григорій Віталійович Таран Національний науковий центр «Харківський Фізико-Технічний Інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-2081-5584
  • Олексій Васильович Бажинов Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-5755-8553
  • Михайло Миколайович Кравцов Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-3218-2182

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243030

Ключові слова:

подвійний електричний шар, електрохімічний імпеданс, ємністна деіонізація, водопідготовка для автомийок

Анотація

Неможливе ефективне використання води з високим вмістом солі на автомийках. У багатьох місцях є практично необмежений доступ до води з підвищеним вмістом солі, але для її використання необхідно провести деіонізацію. З цією метою використовується декілька методів, головними серед яких є зворотний осмос, електродіаліз, іонообмінні методи та дистиляція. Але вони всі мають суттєві недоліки. Значного розвитку останнім часом отримала технологія ємнісної деіонізації води, що побудовано на видаленні іонів солі із розчину при заряджанні/розряджанні «подвійних» електричних шарів на карбонових матеріалах, що мають значну активну поверхню (800–2000 м2/г). Теоретично цей процес має бути більш енергоефективним за рахунок використання низько потенційної напруги (1–2 В). Розглядається взаємозв’язок фізичних параметрів, які впливають на енергоефективність ємнісної деіонізації води. Досліджено залежності падіння напруги на послідовному внутрішньому опорі для різних концентрацій хлориду натрію та відстані між електродами для електродів на базі матеріалу САУТ-1С (Білорусь). Показано, що основний внесок в послідовне внутрішній опір вносить опір електроліту. При зростанні відстані між електродами падіння напруги на послідовному внутрішньому опорі лінійно зростає. Зниження концентрації іонів призводить до зниження провідності розчину, що викликає зростання енерговитрат і зниження ефективності сорбції. Продемонстровано, що падіння напруги на послідовному внутрішньому опорі при обмеженні напруги на електродах, що встановлюється для уникнення переходу режиму заряджання електродів у електроліз води, викликає значне падіння ефективності ємнісної деіонізації.

Біографії авторів

Дмитро Вікторович Кудін, Національний науковий центр «Харківський Фізико-Технічний Інститут»

Молодший науковий співробітник

Відділ нерівноважної низькотемпературної плазмохімії

Інститут Плазмової електроніки та нових методів прискорення

Григорій Віталійович Таран, Національний науковий центр «Харківський Фізико-Технічний Інститут»

Кандидат технічних наук, старший дослідник

Відділ нерівноважної низькотемпературної плазмохімії

Інститут Плазмової електроніки та нових методів прискорення

Олексій Васильович Бажинов, Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технічної експлуатації і сервісу автомобілів імені Говурущенко М. Я.

Михайло Миколайович Кравцов, Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра метрології та безпеки життєдіяльності

Посилання

  1. Kastiuchik, A. S., Shaposhnik, V. A. (2009). Deionizatsiia vody elektrodializom s ionoobmennymi membranami, granulami i setkami. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 9 (1), 51–57.
  2. El-Ghonemy, A. M. K. (2018). Performance test of a sea water multi-stage flash distillation plant: Case study. Alexandria Engineering Journal, 57 (4), 2401–2413. doi: http://doi.org/10.1016/j.aej.2017.08.019
  3. Davenport, D. M., Deshmukh, A., Werber, J. R., Elimelech, M. (2018). High-Pressure Reverse Osmosis for Energy-Efficient Hypersaline Brine Desalination: Current Status, Design Considerations, and Research Needs. Environmental Science & Technology Letters, 5 (8), 467–475. doi: http://doi.org/10.1021/acs.estlett.8b00274
  4. Wright, N. C., Winter, A. G. (2014). Justification for community-scale photovoltaic-powered electrodialysis desalination systems for inland rural villages in India. Desalination, 352, 82–91. doi: http://doi.org/10.1016/j.desal.2014.07.035
  5. Suss, M. E., Porada, S., Sun, X., Biesheuvel, P. M., Yoon, J., Presser, V. (2015). Water desalination via capacitive deionization: what is it and what can we expect from it? Energy & Environmental Science, 8 (8), 2296–2319. doi: http://doi.org/10.1039/c5ee00519a
  6. Porada, S., Zhao, R., van der Wal, A., Presser, V., Biesheuvel, P. M. (2013). Review on the science and technology of water desalination by capacitive deionization. Progress in Materials Science, 58 (8), 1388–1442. doi: http://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.03.005
  7. Jia, B., Zhang, W. (2016). Preparation and Application of Electrodes in Capacitive Deionization (CDI): a State-of-Art Review. Nanoscale Research Letters, 11 (1). doi: http://doi.org/10.1186/s11671-016-1284-1
  8. Biesheuvel, P. M., van Limpt, B., van der Wal, A. (2009). Dynamic Adsorption/Desorption Process Model for Capacitive Deionization. The Journal of Physical Chemistry C, 113(14), 5636–5640. doi: http://doi.org/10.1021/jp809644s
  9. Toupin, M., Bélanger, D., Hill, I. R., Quinn, D. (2005). Performance of experimental carbon blacks in aqueous supercapacitors. Journal of Power Sources, 140 (1), 203–210. doi: http://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2004.08.014
  10. Zhao, X., Jia, B., Sun, Q., Jiao, G., Liu, L., She, D. (2018). Removal of Cr6+ions from water by electrosorption on modified activated carbon fibre felt. Royal Society Open Science, 5 (9), 180472. doi: http://doi.org/10.1098/rsos.180472
  11. Zhou, G., Li, W., Wang, Z., Wang, X., Li, S., Zhang, D. (2015). Electrosorption for organic pollutants removal and desalination by graphite and activated carbon fiber composite electrodes. International Journal of Environmental Science and Technology, 12 (12), 3735–3744. doi: http://doi.org/10.1007/s13762-015-0811-4
  12. Boehm, H. P. (1994). Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons. Carbon, 32 (5), 759–769. doi: http://doi.org/10.1016/0008-6223(94)90031-0
  13. Zhong, C., Deng, Y., Hu, W., Qiao, J., Zhang, L., Zhang, J. (2015). A review of electrolyte materials and compositions for electrochemical supercapacitors. Chemical Society Reviews, 44 (21), 7484–7539. doi: http://doi.org/10.1039/c5cs00303b
  14. Noked, M., Soffer, A., Aurbach, D. (2011). The electrochemistry of activated carbonaceous materials: past, present, and future. Journal of Solid State Electrochemistry, 15 (7-8), 1563–1578. doi: http://doi.org/10.1007/s10008-011-1411-y
  15. Zhang, L., Hu, X., Wang, Z., Sun, F., Dorrell, D. G. (2018). A review of supercapacitor modeling, estimation, and applications: A control/management perspective. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1868–1878. doi: http://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.283
  16. Farmer, J. C., Fix, D. V., Mack, G. V., Pekala, R. W., Poco, J. F. (1996). Capacitive Deionization of NaCl and NaNO3 Solutions with Carbon Aerogel Electrodes. Journal of The Electrochemical Society, 143 (1), 159–169. doi: http://doi.org/10.1149/1.1836402
  17. Ma, L., Huang, L., Xu, Y., Liu, C., Wang, F., Xing, H., Ma, S. (2020). Dynamics and Model Research on the Electrosorption by Activated Carbon Fiber Electrodes. Water, 13 (1), 62. doi: http://doi.org/10.3390/w13010062
  18. Lim, J.-A., Park, N.-S., Park, J.-S., Choi, J.-H. (2009). Fabrication and characterization of a porous carbon electrode for desalination of brackish water. Desalination, 238 (1-3), 37–42. doi: http://doi.org/10.1016/j.desal.2008.01.033
  19. Chang, L. M., Duan, X. Y.,Liu, W. (2011). Preparation and electrosorption desalination performance of activated carbon electrode with titania. Desalination, 270 (1-3), 285–290. doi: http://doi.org/10.1016/j.desal.2011.01.008
  20. Bilous, V. А., Voyevodin, V. М., Khoroshikh, V. M., Nosov, G. I., Marinin, V. G. (2016). Prototype Equipment and Techniques for Obtaining Сavitation-Resistant Coatings To Be Applied fo Working Surfaces of Steam Turbine Blades Made of VT6 Titanium Alloy in Order to Replace Imported Counterparts. Science and Innovation, 12 (4), 27–35. doi: http://doi.org/10.15407/scine12.04.027
  21. Belous, V. A., Lunyov, V. M., Kuprin, A. S., Bortnitskaya, M. A. (2018). Structure and properties of TiOx and TiNxOy coatings formed in vacuum ARC plasma fluxes. Problems of atomic science and technology, 118 (6), 297–299.
  22. Aksenov, I. I., Belous, V. A., Goltvyanitsa, S. K., Goltvyanitsa, V. S., Zadneprovsky, Yu. A., Kuprin, A. S. et. al. (2009). Transfer of the cathodic material in the course of vacuum-arc coating formation. Problems of atomic science and technology, 93 (2), 181–184.
  23. Golota, V. L., Zavada, L. M., Kudin, D. V., Rodionov, S. V. (2012). Development of technology for capacitive deionization water. Journal of Kharkiv National University. Physical Series: "Nuclei, Particles, Fields", 4 (56), 98–101.
  24. Kudin, D. V., Golota, V. I., Rodionov, S. V., Abubekerov, I. I. (2014). Water Denitrification using Energy-Efficient Capacitive Deionization Technology. Proceeding of Conference IAP 2014 First Capacitive Deionization Symposium. Leeuwarden, 176.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-29

Як цитувати

Кудін, Д. В., Таран, Г. В., Бажинов, О. В., & Кравцов, М. М. (2021). Розробка модуля ємнісної деіонізації води для систем водопідготовки автомийок. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (113), 46–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243030

Номер

Том 5 № 6 (113) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Dmytro Kudin, Grigoriy Taran , Olexiy Bazhynov, Mikhail Kravtsov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.