Influence de la nature des ions et des résines échangeuses sur les performances de l’électrodéionisation

Abstract

Le présent travail de recherches traite l'efficacité du processus d'EDI. Nous avons examiné l'influence de la tension appliquée V, du débit Q, de la concentration C et de la nature de sel sur l'efficacité de la cellule en mesurant l'intensité du courant I, et les concentrations d’entrée Cin et de sortie Cout de la solution traitée. L'efficacité R est définie par : R (%) = 100 (Δ C / Cin) Q/Q où ΔC = Cin - Cout et Q ΔC = J est le flux de transfert de masse. Le principal résultat est qu’une équation originale, empirique, et simple entre l'efficacité R et le débit Q est établie : R = K’ΔVQ-n où n ≈ 0.5 ou Log R = Log (K’ΔV) - n Log(Q), une équation logarithmique linéaire entre R et Q. Le flux de transfert de masse J = Q ΔC est alors directement proportionnel à Q et inversement à J = K Q n ≈ K Q 05. Cette équation remarquable est obtenue avec les divers sels examinés. Ce résultat est très important parce qu'il présente des analogies avec les équations classiques de l’électrochimie hydrodynamique. Les autres résultats intéressants sont : l’équation de Nernst-Planck est globalement respecté ; présence d’un voltage optimal de fonctionnement. Au voltage plus élevée, la polarisation de concentration est atteinte; nous observons une dissociation de l'eau et une diminution nette de l'efficacité. Nous remarquons que ce problème en EDI peut facilement être résolu par l'addition de sels amphotères sacrificiels. L’optimisation du lit de résine a été et demeure un défi sérieux pour la conception. Nous avons comparé cinq configurations différentes. Nos résultats sont récapitulés par cet ordre d'efficacité : lit ordonné en deux couche juxtaposées > lit mélangé > lit (cationique, anionique, inerte). Dans cette étude nous avons également démontré la faisabilité et l’efficacité de l’EDI à lit mélangé pour l’épuration des solutions diluées de métaux lourds. The present research work deals with Electrodeionization (EDI) process efficiency. We have investigated the influence of the applied voltage V, the flow rate Q, the concentration C and the salt nature on cell efficiency by measuring current intensity I, and inlet Cin and outlet Cout concentrations of the treated solution. The efficiency R is defined by: R (%) = 100 (ΔC/Cin) Q/Q where ΔC = Cin-Cout and QΔC = J is the mass transfer flux. The main finding was that an original, empirical, and simple equation between the efficiency R and the flow rate Q is established: R =K’ΔVQ-n where n≈0.5 or Log R= Log (K’ΔV) - n Log (Q), a linear logarithmic equation between R and Q. The mass transfer flux J= QΔC is then directly proportional to Q and inversely to : J = K Q n ≈ K Q 0.5. This remarkable equation is obtained with various examined salts. This is an important result because it presents strong analogies with the habitual equations of electrochemical hydrodynamics. The other interesting results are: the Nernst-Planck equation is globally respected; there is an optimal working voltage. At higher voltage, the concentration polarization is easily obtained; we observe water dissociation and neat decrease in efficiency. This problem in EDI may be easily solved by the addition of sacrificial amphoteric salts, which improve seriously the efficiency. The optimizations of the EDI resin bed has been and remains a serious challenge for the design. We have compared five different configurations. Our results are summarized by this efficiency order: Two layers ordered bipolar bed > homogenous mixed bed > (cationic, anionic, inert) bed. In this study we have also demonstrated the applicability of this technique for the purification of the diluted heavy metal solutions. الفرز الكهربائى المدمج فى استعمال مستمر لانتاج الماء عالى النقاوة. التجديد الالكترونى (EDI) المستمر للمبادلات الايونية ذات السرير الممزوج هو الميزة الاساسية لهذه التقنية الحديثة. رغم تطورها السريع لا توجد اى نظرية او معادلات أو آلية واضحة للتجديد أو للنقل. نعالج في هذا البحث فعالية ونعية الملح على . C التركيز . Q التدفق . V حيث عالجنا تأثير الكمون المطبق . (EDI) التركيز الابتدائى او تركيز الدخول) و ) Cin و التراكيز . I فاعلية الخلية وذلك بقياس شدة التيار التركيز النهائى او تركيز الخروج) للمحلول المعالج. ) Ctuo R % = 100 (ΔC/Cin) ׃ معروفة ب R الفاعلية J = QΔC و ΔC = Cin - Cout اين R أهم نتيجة تحصلنا عليها في هذا البحث هي عبارة عن معادلة جديدة وبسيطة تربط بين الفاعلية وهى كالاتي n ≈ أين 0.5 R = K’ΔVQ-n و Log R = Log (K’ΔV) –n Log Q . Q .و التدفق Q و R وهى وهى عبارة عن معادلة لوغاريتمية خطية بين حيث J = Q ΔC يتناسب طرديا مع وعكسيا مع Q1/2 . Q هذه المعادلة توافقت مع كل الأملاح المعالجة وهى نتيجة مهمة جدا لأنها تتطابق مع المعادلات الكلاسيكية للكيمياء الكهربائية والهيدروديناميكية. أهم النتائج الأخرى المتحصل عليها هي : • معادلة نارنست بلانك محفوظة أو مطبقة • وجود كمون امثل للتشغيل. • في الكمون المرتفع يوجد تركيز الاستقطاب . نلاحظ تفكك الماء و انخفاض تام للفاعلية. نلاحظ بان هذا المشكل في. يمكن حله بسهولة بإضافة املاح امفوتيرية. لا يزال إيجاد الحالة المثلى للسرير الايونى يمثل تحد حقيقى لاستعمالات هذى التقنية. لهذا الغرض قمنا بمقارنة خمس تمثيلات مختلفة. نتائج الفعالية المتحصل عليها ملخصة في الترتيب التالي. سرير منظم بطبقتين ملتصقتين من المبادلات الايونية > سرير ممزوج > سرير (آاتيونى انيونى خامل). في هذى الدراسة بينا أيضا استعمال و فعالية هده التقنية في تنقية المياه الملوثة بالمعادن