전기 시뮬레이션 연구

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12170(2022) 이 기사 인용

959 액세스

8 인용

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

상변화가 없어 에너지 소비 감소, 낮은 부피 및 높은 물질 이동, 용액 용액에 대한 높은 분리 효율, 간단한 멤브레인 설계, 산업 규모에서의 사용 용이성 등의 장점을 지닌 멤브레인 기술은 다른 분리 방법과 다릅니다. 수용액에서 오염물질을 분리하는 방법에는 액체-액체 추출, 흡착, 침전, 분리막 공정 등 다양한 방법이 있습니다. 액체막 기술은 첨단 용매추출 기술로서 실용적이고 간단한 금속이온 분리 방법을 제공합니다. 안정화된 액체막은 다른 액체막 기술보다 두께가 얇기 때문에 더 적은 용매 소비, 더 낮은 비용, 더 쉬운 물질 전달이 필요합니다. 평판 지지 액막(FSLM)과 전기 평탄 시트 지지 액막(EFSLM)에서 전기장으로부터 유도된 정전기 특성이 이온 수송 속도 및 추출 회수율에 미치는 영향을 수치적으로 조사했습니다. 정전기 구현 측면에서 FSLM 및 EFSLM 작동 모드가 모두 고려되었습니다. 수치적 접근 방식을 채택함으로써 전기력과 교반기 존재에 대한 유전율, 확산율 및 점도의 서로 다른 값을 각각 고려하여 비정상 상태 조건에서 Poisson-Nernst-Planck 및 Navier-Stokes 방정식을 풀었습니다. 본 연구의 가장 중요한 결과는 유사한 조건에서 인가 전압을 증가시킴으로써 추출 회복율이 증가한다는 것이다. 예를 들어, EFSLM 모드에서 인가 전압을 \(10\)에서 \(30{\text{V}}\)로 증가시키면 추출 복구율이 \(53\)에서 \(98\%\)로 증가합니다. . 또한, 나노입자의 존재가 SLM 시스템의 성능에 중요한 영향을 미치는 것으로 관찰되었습니다.

오늘날 기술의 발달로 인해 환경으로 배출되는 산업폐수의 양이 점차 증가하고 있습니다. 낮은 농도에서도 폐수에 함유된 오염물질은 인간의 건강과 기타 생물체에 치명적인 영향을 미칩니다. 금속 이온은 환경으로 배출되는 폐수에서 가장 독성이 강한 오염 물질 중 하나입니다1,2,3,4,5,6,7. 안료, 도금, 야금, 농업 분야(비료 및 살충제)에 카드뮴과 같은 중금속이 널리 사용됨에 따라 이 독성 금속 이온이 수원으로 방출되어 수자원을 오염시킵니다8. 반면, 분해성과 독성이 부족하여 수자원에 이러한 금속이 존재하는 것은 생태계에 매우 우려스러운 일입니다. 이러한 이유로 세계보건기구(WHO)는 \(3{\text{ppm}}\)를 식수의 카드뮴 최대 허용 농도로 정의했습니다9,10,11. 따라서 폐수를 처리하기 전에 폐수에서 금속을 제거하는 효과적이고 저렴한 방법을 개발할 필요가 있습니다. 액체-액체 추출12,13,14, 흡착15,16, 이온 교환17, 전기투석18,19, 막 공정2,20,21,22 등 폐수에서 금속 이온을 제거하는 다양한 방법이 있습니다.

오늘날 막 기술은 상 변화가 없기 때문에 에너지 소비 감소, 낮은 부피 및 높은 물질 전달, 희석 용액에 대한 높은 분리 효율, 간단한 막 설계, 다른 방법의 산업 규모에서의 사용 용이성과 같은 장점을 가지고 있습니다. 분리제는 구별되며, 그 중 SLM의 사용은 낮은 농도에서도 높은 추출 효율, 낮은 용매 소비, 저렴한 비용, 다른 LM 기술보다 얇은 두께로 인한 더 쉬운 물질 이동으로 인해 수용체와 공여체의 두 가지 상을 포함합니다. 많은 관심24.

SLM 멤브레인은 전압차, 즉 속도의 구동력에 의해 원하는 이온을 전달할 수 있습니다. 지금까지 모델링, 시뮬레이션 및 실험 분야의 많은 연구자들이 폐수 처리, 희토류 금속 회수를 위한 액체막에 대한 수많은 연구를 수행해 왔습니다. Tehrani 등30은 질산염 용액 매질에서 가돌리늄 이온을 분리하기 위해 안정화된 나노유체 막을 연구했습니다. 그들은 안정화된 액체막 시스템에 대한 친수성 TiO2 및 소수성 SiO2 나노입자의 효과를 조사했습니다. 결과는 나노입자의 존재가 SLM 시스템의 확산에 크게 영향을 미치고 소수성 나노입자가 더 바람직하다는 결론을 내렸습니다. Zaheri 등31은 SLM 시스템에서 탄소 나노튜브와 산 운반체(Cyanx 272)를 사용하여 유로퓸 금속을 회수하고 분리 품질에 대한 공급 pH의 영향을 조사했습니다. Bhatluri 등32은 용매인 코코넛 오일과 운반체인 Aliquate 336을 사용하여 수성 공급물에서 카드뮴과 납을 제거하는 방법을 조사했습니다. EDTA를 수신 단계로 증가시킴으로써 물질 전달 플럭스를 증가시켰습니다. 안정화된 액체막(SLM)을 사용하여 수성 황산염 매질에서 Cd(II) 및 Ni(II) 이온의 분리를 연구했습니다. Cd(II) 및 Ni(II) 이온의 분리 계수 및 플럭스에 대한 공급 농도, 담체 농도, 공급 단계 및 수용체 pH와 같은 다양한 매개변수의 영향을 연구한 결과, 카드뮴 분리 비율이 훨씬 높다는 결론이 나왔습니다. 니켈34보다. Rehman 등35은 캐리어 TDDA(tri-n-dodecylamine)를 사용하여 SLM 평막을 통한 아연(II)의 이동을 조사했습니다. 추출된 종, 즉 복합체의 화학량론을 기울기 분석을 이용하여 조사한 결과, 복합체(LH)2·Zn(CL)2가 Zn(II) 투과에 관여하는 것으로 밝혀졌다. 아연 전달의 수학적 모델(II)의 예측 결과는 실험 결과와 일치합니다. Zn(II) 플럭스는 공급 용액 내 담체 및 HCL이 증가함에 따라 다소 증가하는 것으로 나타났으며, 농도가 더욱 증가할수록 감소하는 것으로 나타났습니다. Martinez 등36은 시뮬레이션을 통해 FSLM을 통해 비스(2-Ethylhexyl) 수소 인산염(D2EHPA)을 담체로 사용하여 Yttrium-Neodymium-Dysprosium 혼합물을 분리하는 방법을 연구했습니다. 선택성과 일시적 운동-침투 모델이 계산에 사용되었습니다. 상간 저항성 분포, pH, 추출 농도, 초기 공급 농도는 선택성과 공정 시간에 큰 영향을 미치며 이를 적절하게 관리하면 분리가 향상됩니다. 막 상의 불안정성은 시간이 지남에 따라 막의 수명에 영향을 미치며, 이로 인해 막의 유기상이 두 수성 상에서 사라지게 됩니다. 위상이 파란색으로 바뀌고 분리 장치가 파괴될 수 있습니다.