Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Moheb,Mohammad Dinari
احمد محب (استاد راهنما) محمد دیناری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Majid Bazrgar bajestani
مجید بذرگربجستانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Preparing of cation exchange membranes for selective recovery of lithium via electrodialysis process
The main aim of this thesis is recovery of lithium ion from a solution with high lithium concentration such as sodium contaminated lithium bromide solutions of absorber chillers. To this aim, developing lithium selective cation exchange membranes (CEMs) for recovery of lithium via electrodialysis process, was investigated. In this study, lithium manganese oxide adsorbent was Design Expert Software (Expert®11) and response surface methodology, synthesized via hydrothermal method and by insertion of cobalt into the spinel structure stability of spinel adsorbent structure enhanced. By using maximizing of the adsorbent capacity and stability simultaneously. All optimum conditions of synthesis (lithium-manganese molar ratio, cobalt-manganese molar ratio, and calcination temperature) were obtained by Experiments in this study were designed by Box-Behnken methodology considering three independent variables each at three levels. In the optimum conditions, the adsorbent has adsorption capacity of 53.52 mg/g, high molar selectivity of 90.32 for lithium over sodium and high structural stability. At the optimum conditions, the adsorbent section, the heterogeneous cation exchange membrane was prepared with Purolite structure was investigated by XRD and BET analysis. In the next cation exchange resin and polyethersulfone polymer. Characterization membrane has better characteristics of lithium flux, selectivity and electrical of the heterogeneous cation exchange membranes showed that the synthesized resistance rather than the commercial heterogeneous cation exchange membranes CEM using the insitu polymerization method. Optimization of the surface modification conditions (molar ratio of of Ralex company (CMH-PES). The adsorbent was inserted to the surface of the homemade heterogeneous monomer to cross linker, wt% of initiator and wt% of adsorbent) to achieve the mol.min -1 .m -2 and the lithium molar selectivity of 32.231 were maximum lithium flux value and selectivity simultaneously in the two-cell electrodialysis setup at 5 volts was done. In the optimum conditions, obtained. Also the lithium ion flux of 0.149 surface modification was performed on FUJIFILM VI-CEM commercial homogeneous cation exchange membrane in the previous optimum conditions. In the surface modification of commercial CEM, the surface of the membrane was chlorinated by using thionyl chloride to give an acceptable adhesion and bonding of acrylic acid to the surface. Using FTAR, FTIR, FE-SEM/EDS and SEM analysis, these modifications were confirmed in CEMs. . In the optimum conditions, the lithium ion flux of 0.29 mol.min -1 .m -2 and the lithium molar selectivity of 95.4 were obtained.
هدف از این رساله بازیابی یون لیتیم از محلولی با غلظت مشابه به محلول لیتیم برماید آلوده به یون سدیم مورداستفاده در سردکن‌های جذبی است. برای رفع این مشکل و بازیابی یون لیتیم ساخت غشاهای انتخاب پذیر برای یون لیتیم و استفاده از سیستم الکترودیالیز انتخاب‌شده است. در این پژوهش ابتدا جاذب لیتیم منگنز اکسید با روش گرمابی سنتز شد و برای بالا بردن پایداری ساختار اسپینل جاذب به آن کبالت افزوده شد. با استفاده از نرم‌افزار طراحی آزمایشDesign Expert® 11 و با رویه سطح پاسخ، باهدف ماکزیمم کردن هم‌زمان مقدار جذب و پایداری جاذب، مطلوب‌ترین شرایط ساخت (نسبت مولی لیتیم به منگنز، نسبت مولی کبالت به منگنز و دمای تکلیس) به دست آمد. در آزمایش‌های طراحی‌شده در این رساله متغیرها در 3 سطح تغییر می‌کنند و از روش باکس - بنکن برای طراحی آزمایشها استفاده‌شده است. در شرایط بهینه به‌دست‌آمده جاذب دارای مقدار جذب mg/g 5/53 ، انتخاب پذیری مولی بالای 3/90 برای لیتیم نسبت به سدیم و پایداری ساختاری بالابود. در شرایط بهینه ساختار جاذب با آزمون‌های XRD و BET بررسی شد. در قسمت بعد، غشای تبادل کاتیونی ناهمگن با رزین تبادل کاتیونی پورلایت و پلیمر پلی‌اتر‌سولفون ساخته شد. مشخصه یابی غشای تبادل کاتیونی ناهمگن نشان داد که غشای ساخته‌شده نسبت به غشای ناهمگن تجاری تبادل کاتیونی CMH-PES شرکت Ralex شار لیتیم، انتخاب پذیری و مقاومت الکتریکی بهتری دارد. پس‌ازآن با کاربرد جاذب ساخته‌شده و اکریلیک اسید با روش پلیمر شدن درجا لایه‌ای نازک از پلی‌اکریلیک روی سطح غشا نشانده شد. با بهینه‌سازی شرایط اصلاح سطح (درصد وزنی جاذب استفاده‌شده، نسبت مولی مونومر به اتصال‌دهنده عرضی و درصد وزنی آغازگر) برای رسیدن به ماکزیمم مقدار هم‌زمان شار عبوری لیتیم و انتخاب پذیری لیتیم عبوری نسبت به سدیم در دستگاه الکترودیالیز دو محفظه‌ای در ولتاژ 5 ولت آزمایش‌ها طراحی و انجام شد. در شرایط بهینه شار عبوری لیتیم mol.m-2.min-115/0 و انتخاب پذیری مولی عبوری لیتیم 2/32 به دست آمد. همچنین اصلاح سطح روی غشای تبادل کاتیونی همگن تجاری FUJIFILM VI-CEM با استفاده از شرایط بهینه به‌دست‌آمده انجام شد. در این اصلاح سطح با استفاده از تیونیل‌کلراید سطح غشا کلرینه شد تا گروه عاملی اکریلیک اسید چسبندگی قابل قبولی با سطح داشته باشد. پیوندهای شکل‌گرفته و مورفولوژی غشاها توسط آزمون‌های FTIR، FTAR، SEM و FE-SEM/EDS بررسی شد. همچنین برای تمامی غشاهای ساخته‌شده و اصلاح‌شده تبادل کاتیونی مشخصه بابی‌های ضخامت، مقاومت الکتریکی، درصد جذب آب، ظرفیت انتقال یونی، پتانسیل غشا، درصد انتخاب پذیری تراوشی و عدد انتقال انجام شد. غشای تبادل کاتیونی همگن اصلاح‌شده دارای شار عبوری لیتیم mol.m-2.min-12/0 و انتخاب پذیری مولی لیتیم عبوری 1/78 بود. در مرحله آخر ببا تغییر پارامترهای فرآیندی (ولتاژ، دمای خوراک، میزان آلودگی خوراک به سدیم یا نسبت Li+/Na+) در دستگاه الکترودیالیزی شامل سه محفظه کاتد، خوراک و آند، یک غشای تبادل آنیونی FUJIFILMVI-AEM و غشای تبادل کاتیونی همگن اصلاح‌شده برای رسیدن هم‌زمان به بالاترین مقدار شار عبوری لیتیم از خوراک به محفظه کاتدی و انتخاب پذیری عبوری لیتیم نسبت به سدیم با نرم افزار طراحی آزمایش صورت گرفت و بهینه‌سازی انجام شد. در شرایط بهینه شار عبوری لیتیم mol.m-2.min-129/0 و انتخاب پذیری مولی عبوری لیتیم 4/95 به دست آمد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی