Електрохимичен процес за възстановяване на метални йони от отпадъчни води
Държава на разработване/прилагане:
ОАЕ
Обхват на иновациите
☐ Работа в офис а
☒ Процес на производство / доставка на услуги
Специфични за сектора
☐ Да / моля, посочете сектора(ите):
☒ Не (отнася се за всички сектори)
Описание на нуждите
С помощта на активен въглен, получен от семена на фурми – често срещан отпадъчен продукт от производството на фурми в ОАЕ, и азотсъдържащо съединение, наречено полианилин, екипът разработи електрод, който може да се използва за устойчиво възстановяване и повторно използване на метални йони от отпадъчните води от минната промишленост.
Когато скалите, съдържащи сулфидни материали, са изложени на въздействието на въздуха и водата – често при добив на полезни изкопаеми – те претърпяват окисление, при което се получава сярна киселина и разтворено желязо. Тази киселина може допълнително да разтвори други тежки метали като мед, цинк и олово, които се намират в околните скали. Тези тежки метали могат да причинят щети на околната среда, ако отпадъчните води се изхвърлят без пречистване. Професор Банат посочва по-специално въздействието върху водните пътища: Високите концентрации на желязо и мед влияят на миризмата, цвета и кислородния баланс на водната екосистема, убивайки рибата и други водни организми.
Описание на решението
Отпадъчните води от миннодобивната промишленост често съдържат сложна смес от метални йони, органични вещества и други замърсители, което затруднява селективното възстановяване и отделяне на специфични метални йони за повторна употреба, без да се извличат и нежелани примеси. Освен това наличието на множество метални йони и други вещества може да попречи на процеса на възстановяване, което води до намалена ефективност и селективност. Традиционните методи са ограничени и от тяхната устойчивост при променящи се условия на отпадъчните води (честата регенерация и подмяна на адсорбционния материал отнема време и е скъпоструваща) и генерирането на вторични замърсители. И накрая, след като металните йони бъдат възстановени с помощта на традиционните техники, те трябва да бъдат допълнително обработени и пречистени, преди да могат да бъдат използвани повторно. Това може да включва допълнителни стъпки, които могат да бъдат сложни и ресурсоемки.
Екипът на проф. Банат смята, че отговорът е капацитивната дейонизация (CDI). CDI е електрохимична техника за пречистване на водата. Процесът се осъществява чрез електросорбция на йони върху повърхността на електродите. Когато между двата електрода се подаде напрежение, положителният електрод привлича отрицателно заредени йони (аниони), а отрицателният електрод – положително заредени йони (катиони). Когато йоните се приближат до повърхността на съответните електроди, те се подлагат на електросорбция, при която се натрупват на повърхността на електрода поради електростатичните сили между електрода и йоните. Те остават там, докато напрежението не се обърне или спре.
Чрез непрекъснатото циклично изменение на приложеното напрежение процесът CDI позволява отстраняване на йони от водата без химически добавки или мембрани, което го прави обещаваща технология за обезсоляване, омекотяване и пречистване на водата.
Описание на ефекта
Идеалният електроден материал за CDI приложения има много характеристики: Той трябва да има голяма специфична повърхност за адсорбция на йони; да има висок адсорбционен капацитет, което означава, че може да привлича и задържа значително количество йони от водата; да предлага по-бърза кинетика на електросорбция за по-ефективно и по-бързо отстраняване на йоните; да има бърза проводимост, за да улесни движението на йоните и да осигури ефективен пренос на заряд и цялостна работа; да бъде химически стабилен, за да издържа на условията и да поддържа работата си във времето.
Материалите на въглеродна основа, включително легираните с азот активни въглени, отговарят на повечето от тези изисквания. Допирането на азот в активния въглен повишава ефективността на CDI чрез няколко механизма, включително въвеждане на повърхностни функционалности за повишаване на общия капацитет за адсорбция на йони и увеличаване на плътността на заряда, което подпомага процеса на пренос на заряд по време на електросорбцията. Наличието на азот също така променя структурата на въглеродната матрица, създавайки изкривявания, които улесняват по-дълбокия достъп на йони и натрупването на заряд.
Източници на азот, като амоняк, азотна киселина и полианилин (PANI), са използвани за синтезиране на азотно легирани въглеродни материали за CDI приложения. По-специално PANI съдържа аминни и иминови функционални свойства, които значително подобряват електрохимичната адсорбция на метални йони от отпадъчни води.
Изследователите от CMAT/CeCaS са използвали материал, наречен полианилин, декориран с активен въглен, получен от семена на фурми (PANI-DSAC) – композит от полианилин и активен въглен, направен от семена на фурми. Семената са страничен продукт от производството на финикови плодове, което често генерира голямо количество отпадъци. Използването на семената като суровина за активен въглен спомага за намаляване на тези отпадъци и насърчава устойчивото управление на ресурсите.
Дружество/дружества, което/които е/са разработило/приложило/предложило иновацията
Международният университет за наука и технологии „Халифа“ е единственият университет в ОАЕ с научноизследователски и академични програми, които отговарят на целия спектър от стратегически, научни и промишлени предизвикателства, пред които е изправена трансформацията на икономиката на знанието в ОАЕ и нашия бързо развиващ се свят.
Неговият преподавателски състав от световна класа и най-съвременните изследователски съоръжения осигуряват несравнимо учебно преживяване на студентите от ОАЕ и от цял свят. Университетът обединява най-добрите в областта на науката, инженерството и медицината в ОАЕ, за да предложи специализирани степени, които могат да отведат обещаващите възпитаници на гимназията до притежателите на най-високо оценени докторски степени.
P.O. Box: 127788,
Абу Даби, ОАЕ
T: +971 (2) 312 3333
communications@ku.ac.ae