Farklı elektrotların kapasitif iyonsuzlaştırma proses verimine etkilerinin araştırılması

Abstract

Kapasitif iyonsuzlaştırma prosesi, enerji verimli bir iyon giderim prosesi olup son yıllarda özellikle tuz giderimi konusunda verimli, ekonomik ve yenilikçi bir proses olarak öne çıkmaktadır. Bu konuda yapılan çalışmalar temel olarak iyonların toplandığı elektrotların prosesin önemli bir parçası olduğunu ve bu konuda önemli gelişmelere ihtiyaç olduğunu göstermektedir. Kapasitif iyonsuzlaştırma temel olarak adsorpsiyon ve desorpsiyon süreçlerini içerir. Adsorpsiyon sürecinde, karşıt iyonlar elektrostatik güç altında voltaj uygulandığında elektrot üzerine depolanmakta ve çözelti içerisinde karşı tarafa taşınmakta böylece çözeltinin tuzu alınmaktadır. Desorpsiyon sürecinde ise voltaj ters çevrilerek adsorbe edilmiş iyonlar elektrottan geri püskürtülmekte ve su akışına dönmesi sağlanmaktadır. Bu işlem yapılarak elektrot üzerindeki iyonlar elektrotu yeniden oluşturmak için tamamen ayrıştırılmakta ve adsorpsiyon kapasitesi yenilenmektedir. Kapasitif iyonsuzlaştırma prosesinde yüksek verim elde etmek birçok çalışma şartına bağlıdır. Bunlardan biride çalışmada kullanılan elektrot çeşitidir. Bu tez kapsamında kapasitif iyonsuzlaştırma ve membran kapasitif iyonsuzlaştırma proseslerinde kullanılabilecek yüksek verimli elektrotların üretilmesi amaçlanmıştır. Üretilen elektrotların farklı iyonların gideriminde kullanılması planlanmıştır. Temel olarak üç farklı elektrot tipi incelenmiştir. Birisi grafit folyo üzerine yerleştirilen aktif karbon diğeri yine grafit folyoya sabitlenmiş grafit ve son olaraksa tez kapsamında üretilen grafen oksit. Çalışmalar dönüşümlü voltametri deneylerinden alınan sonuçlar ışığında hem kapasitif iyonsuzlaştırma hücresi hem de membran kapasitif iyonsuzlaştırma hücresi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar pH, iletkenlik ve elektrosorpsiyon gibi parametreler incelenerek karşılaştırılmıştır.

Capacitive deionization process (CDI), is an energy efficient ion removal process which is particularly efficient in the desalination in recent years, and is commonly used as an economical and innovative processes. Studies in this regard shows that basically the electrodes of the ion is collected an important part of process and needs for significant improvements in this respect. The CDI basically includes the adsorption process and the desorption process. In the adsorption process, the counter-ions in the solution migrate towards and are stored onto the electrodes under the electrostatic force when the cell voltage is applied, thus the solution is desalted. In the desorption process, the adsorbed ions are repelled from the electrodes and return into the flushing stream as the cell voltage is reversed. By doing so, the ions on the electrode can be desorbed completely in order to regenerate the electrode and restore its adsorption capacity. Achieving high efficiency in the capacitive de-ionization process depends on many operating conditions. Some of these are the types of electrodes used in working. In this thesis, it is aimed to produce highly efficient electrodes which can be used in capacitive de-ionization and membrane capacitive de-ionization processes. It is planned to use the produced electrodes in the removal of different ions. Basically three different types of electrodes have been studied. Graphite, one of which is placed on a graphite foil, graphite fixed to graphite foil, and finally graphite oxide produced under the thesis. The results from the studies of alternating voltammetry experiments were performed using both the capacitive de-ionization cell and the membrane capacitive de-ionization cell in the light. The results were compared by examining parameters such as pH, conductivity and electrospection.