Continuous flow-electrode capacitive deionization

Rommerskirchen, Alexandra Klara Elisabeth; Franzreb, Matthias; Wessling, Matthias

doi:HT020858875

Continuous flow-electrode capacitive deionization = Kontinuierliche fließ-kapazitive Deionisierung

Rommerskirchen, Alexandra Klara Elisabeth^RWTH*

2020 & 2021

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Alexandra Klara Elisabeth Rommerskirchen

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2020

Umfang1 Online-Ressource (198 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

ReiheAachener Verfahrenstechnik series - AVT.CVT - chemical process engineering ; 12 (2021)

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2021

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Wessling, Matthias (Thesis advisor)^RWTH* ; Franzreb, Matthias (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-09-17

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-02093
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/814181/files/814181.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik und Institut für Verfahrenstechnik (416110)

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
brine concentration (frei) ; energy efficiency (frei) ; flow-electrode capacitive deionization (frei) ; impedance spectroscopy (frei) ; ion-exchange membranes (frei) ; process modeling (frei) ; water desalination (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die fließ-kapazitive Deionisierung (FCDI) ist eine recht junge Technologie, welche vielversprechend für die Entsalzung von und Salzrückgewinnung aus hochkonzentrierten, wässrigen Salzlösungen ist. FCDI ist verwandt mit Elektrodialyse- und kapazitiven Deionisierungsprozessen. Sie profitiert von vorhandener Literatur und laufender Forschung bezüglich dieser Technologien. Die Kombination von Ionenaustauschermembranen mit kapazitiven, fließfähigen Elektroden, auch Slurry-Elektroden genannt, führt jedoch zu komplexen Interaktionen. Vor allem die physikalisch-chemischen Vorgänge in solchen fließfähigen Elektroden sind noch nicht abschliessend verstanden. Diese Arbeit diskutiert den aktuellen Stand der Technik von FCDI und verwandten Technologien. Basierend darauf werden experimentelle und theoretische Studien präsentiert, welche das Verständnis der Technologie voranbringen. Hauptthemen dieser Arbeit spannen von der Untersuchung (1) fundamentaler Mechanismen, z.B. dem Ladungstransfer in fließfähigen Elektroden, über (2) Modul- und Prozessdesign, bis hin zu der Beschreibung eines (3) neu entwickelten, verbesserten Prozessmodells für kontinuierliche FCDI Prozesse, welches die gezielte Weiterentwicklung von FCDI Technologien auf allen Größenskalen fördern kann, vom Membranmaterial zum Systemdesign. Der generelle Fokus dieser Arbeit liegt auf der Anwendung von FCDI zur Behandlung konzentrierter Salzlösungen.

Flow-electrode capacitive deionization (FCDI) is a relatively young technology, which is promising for the desalination of and salt recovery from aqueous solutions with a wide range of salinities. FCDI is related to electrodialysis and capacitive deionization processes, and profits from existing literature and ongoing research regarding these technologies. However, the combination of ion-exchange membranes with capacitive flow electrodes, also termed slurry electrodes, leads to complex interactions and especially the physico-chemical mechanisms within capacitive flow electrodes are not yet fully understood. This thesis discusses the state of the art of FCDI and related technologies and, based on this, presents experimental and theoretical studies, which advance the field of FCDI. Topics investigated in this thesis range from the investigation of (1) fundamental mechanisms, such as the charge transfer in carbon flow electrodes, over the (2) module and process design, culminating in the presentation of (3) a newly developed, improved process model, which can facilitate the further advancement of FCDI processes on all scales from membrane materials to system design. The overall focus of this thesis lies on the application of FCDI for the treatment of high salinity solutions.

OpenAccess:
PDF
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