مقايسه عملكرد روش انجمادي و هيدرات در جداسازي يون هاي كلرايد و برمايد از آب شور

Comparison of Freezing and Hydrate Formation Methods in Removing Chloride and Bromide Ions from Brine

به دليل افزايش جمعيت و گسترش فعاليت هاي صنعتي و محدود بودن منابع آب، بسياري از كشورها با مشكل كمبود آب شيرين مواجه هستند. در اين شرايط رويكرد استفاده از آب هاي شور و شيرين سازي آنها اجتناب ناپذير است. در سراسر جهان براي نمك زدايي از آب شور دريا از دو نوع فناوري اصلي غشايي و گرمايي استفاده مي شود. در اين مطالعه، شيرين سازي آب شور با استفاده از روش انجمادي مستقيم و روش هيدرات انجام شد. مواد مورد استفاده در آزمايش آب مقطر، نمك هاي سديم كلرايد و سديم برمايد مي باشند. براي يافتن مدت زمان مناسب براي آزمايش انجمادي و هيدرات، رشد كريستال توسط دوربين ميكروسكوپي مورد بررسي قرار گرفت. دستگاه آزمايشي شامل يك راكتور ساكن با دو استوانه هم محور بود. با ايجاد سرمايش درون استوانه داخلي، كريستال هاي يخ در جداره بيروني آن تشكيل مي شود، به اين ترتيب غلظت نمك در شورابه باقيمانده افزايش مي يابد. ميزان حذف نمك در آب شور با استفاده از دستگاه هدايت سنج الكتريكي اندازه گيري شد. نمك در غلظت پايين به عنوان ايجاد سايت براي هسته زايي عمل مي كند، در نتيجه مي تواند به عنوان تسريع كننده در نظر گرفته شود. نتايج نشان مي دهد كه در روش انجمادي با افزايش غلظت نمك، ميزان حذف نمك از آب شور كاهش مي يابد. ولي در روش هيدرات روند متفاوتي مشاهده شد به گونه اي كه در غلظت هاي بسيار پايين درصد حذف كمتري مشاهده شد و در غلظت هاي بالاتر درصد حذف نمك بيشتر شد تا در نهايت به مقدار ثابتي نزديك شد. نتايج نشان داد كه در مجموع راندمان جداسازي نمك در روش هيدرات بالاتر از روش انجمادي است. به منظور بررسي اثر اندازه آنيون در راندمان جداسازي، آزمايش انجمادي و هيدرات بر روي دو نمك NaCl وNaBr كه كاتيون مشترك و آنيون مختلف دارند در غلظت هاي مختلف انجام گرفت تا علاوه بر تاثير غلظت نمك، افزايش اندازه آنيون بر بازدهي فرايند حذف نمك نيز مورد بررسي قرار گيرد. نتايج نشان مي دهد كه در مجموع راندمان جداسازي نمك در روش هيدرات بالاتر از روش انجمادي است و همچنين هر چه شعاع يوني بيشتر شود، احتمال حضور يون در شبكه كريستالي كمتر مي شود و در نتيجه راندمان جداسازي نمك افزايش مي يابد. از طرف ديگرنمك در غلظت پايين به عنوان ايجاد سايت براي هسته زايي عمل مي كند، در نتيجه مي تواند به عنوان تسريع كننده در نظر گرفته شود.

The growing population and enhanced industrial activities coupled with limitations on freshwater availability have led to efforts to desalinate salt water from the seas. Membrane and thermal technologies are the two commonly used for this purpose. In this study، the direct freezing and hydrate formation techniques were used for salt water desalination. Materials and Methods: Distilled water، sodium chloride، and sodium bromide were used as raw materials in the experiments. The experimental setup included a stationary reactor with two coaxial cylinders، in which ice crystals were deposited outside the cool inner cylinder to increase the salt concentration in the residual brine. An electrical conductivity instrument was used to measure sal removal. Salt removal was shown to decrease with increasing salt concentration in the direct freeze method. A different trend was، however، observed in the hydrate formation method; salt removal was negligible at low concentrations in this method but increased at high concentrations before a constant value was reached. Overall، the hydrate formation recorded a higher salt removal efficiency than the other method. To investigate the effect of anion size on salt removal efficiency، experiments were carried out using NaCl and NaBr، which have the same cation but different anion sizes. Result showed that removal efficiency increased with increasing anion size. Conclusion: It was found that increasing ion radius leads to the lower likelihood of ion presence in the crystal lattice، thereby reducing salt removal efficiency. On the other hand، low concentrations of salt serve as site for the generation of cores، which naturally serve as removal accelerators.