مهندس رضا فاطمی نیا دانشجوی دوره دکتری مهندسی شیمی، به صورت حضوری در ساعت ۱۳:۳۰ روز چهارشنبه ۱۸ آبان ماه ۱۴۰۱، کلاس ۱۳۰ در دانشکده مهندسی شیمی، از رساله خود با عنوان "بررسی آزمایشگاهی حذف نیترات از آب با روش یون زدایی ظرفیتی غشایی(MCDI)  " با راهنمایی خانم  دکتر سوسن روشن ضمیر دفاع خواهد نمود.

 چکیده
یکی از فناوری های نوین مورد استفاده در فرایندهای جداسازی که براساس عملکرد یک سیستم الکتروشیمیایی در موضوع نیترات زدایی از آب استفاده می شود، فرایند یون زدایی ظرفیتی است. یکی از عناصر کلیدی در این فرایند، الکترودها هستند که نقش اساسی در جذب یونی دارند، لذا در این کار مطالعاتی به منظور نیترات زدایی از محلول خوراک با استفاده از این فناوری، تلاش شد که الکترود کامپوزیتی جدیدی معرفی، ساخته و بکارگرفته شود. به منظور تعیین ترکیب درصد بهینه مواد این الکترود با هدف بهبود خاصیت ترشوندگی، هدایت الکتریکی و خواص سطح الکترود، از طراحی آزمایش بر اساس روش" طراحی مخلوط" ( به وسیله روش D-optimal ) با کمک نرم افزار Design Expert استفاده شد. ترکیب درصد مواد الکترود شامل کربن فعّال (۸۰% وزنی)، پودر پلی وینلیدین فلوراید (۸ % وزنی)، نانوذرات اکسید زیرکونیوم (۶ % وزنی) و پودر نمک امرالدین پلی آنیلین (۶ % وزنی) بود. برای بررسی رفتار الکتروشیمیایی الکترودها و نیز تعیین مشخصات فیزیکی، ساختاری، عناصر تشکیل دهنده و گروه های عاملی و خاصیت ترشوندگی آنها به ترتیب از آزمون های CV، EIS، FESEM، BET، FTIR، XRD، EDS و زوایه تماس استفاده شد. در ادامه، آزمون های ولتامتری چرخه ای و طیف‌ سنجی امپدانس الکتروشیمیایی به منظور تعیین ظرفیت جذب خازنی و مقاومت الکتریکی الکترود در برابر انتقال بار یونی در یک سل سه الکترودی با وجود الکترودهای کامپوزیتی کربنی با ابعاد cm^۲ ۱و حضور محلول یک مولار NaNO_۳ انجام شد. نتایج نشان داد که ظرفیت جذب یونی و مقاومت الکتریکی الکترود بهینه به ترتیبF/g  ۲۴/۹۰ و Ω ۴/۲ بود که نسبت به دیگر الکترودها، عملکرد بهتری داشت. سپس، این الکترود بهینه در ابعاد cm^۲ ۵×۵ به روش غیر درجا بر اساس ترکیب درصد فوق الذکر ساخته شده و به کارگیری شد. جداسازی یون های نیترات به وسیله فرایند های یون زدایی ظرفیتی بدون غشاء (CDI) و با غشاء (MCDI) در یک مجموعه آزمایشگاهی با استفاده از یک جفت الکترود بهینه یون گزین نیترات به ابعاد  cm^۲۵×۵ ، ضخامتµm  ۲۲۰ و جرم  ۹۸۵/۰ گرم با وجود محلول خوراک دو نمکی NaNO_۳ و NaCl (با غلظت اولیهmg/L ۱۰۰ از هرنمک)، دبی جریانmL/min  ۱۰ طی فرایند ناپیوسته در ولتاژ ثابت ۲ ولت انجام پذیرفت. چرخه جذب و دفع به ترتیب در ولتاژ های ۲ ولت و صفر ولت انجام شد. نتایج حاصله برای فرایند MCDI ، نشان داد که میزان یون جداسازی شده نیترات و بازدهی جذب آن به ترتیب  mg/g۵۱/ ۷ و ۰۶/۸۱ %  بود، در حالی که این پارامترها برای فرایند CDI به ترتیب  mg/g۲۳/ ۵ و ۴۹/۵۶ % بود. این نتایج نشان داد که ظرفیت یون نیترات جذب شده توسط فرایند MCDI، ۳۶/۳۰ %  بیشتر از مقدار آن طی فرایند  CDIبوده است، ضمن آن که میزان گزینش پذیری یون نیترات نسبت به یون کلراید در فرایند MCDI حدود ۲ برابر فرایندCDI  ارزیابی شد. بنابراین ارتقاء عملکرد فرایند MCDI نسبت به CDI تحت شرایط عملیاتی مشابه، نه تنها وابسته به استفاده از غشاء آنیونی گزینش پذیر یون نیترات است، که وابسته به وجود الکترودهای کامپوزیتی با برخورداری از حضور گروه های عاملی آب دوست ( مانند کربوکسیلی و هیدروکسلی)، گروه های ایمین و آمین و ساختار مناسب مزو حفرات الکترود کامپوزیتی نیز هست که نقش جدی در جداسازی مذکور دارد.
کلمات کلیدی: نیترات زدایی، فرایند یون زدایی ظرفیتی غشایی، جذب الکترودی، الکترود کامپوزیتی