Um estudo de simulação de um eletro

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12170 (2022) Cite este artigo

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A tecnologia de membrana com vantagens como consumo reduzido de energia devido à ausência de mudança de fase, baixo volume e alta transferência de massa, alta eficiência de separação para soluções de solução, design direto de membranas e facilidade de uso em escala industrial são diferentes de outros métodos de separação. Existem vários métodos, como extração líquido-líquido, adsorção, precipitação e processos de membrana para separar os contaminantes de uma solução aquosa. A técnica de membrana líquida fornece um método de separação prático e direto para íons metálicos como uma técnica avançada de extração por solvente. As membranas líquidas estabilizadas requerem menor consumo de solvente, menor custo e transferência de massa mais fácil devido à sua espessura mais fina do que outras técnicas de membrana líquida. A influência das propriedades eletrostáticas, derivadas do campo elétrico, na taxa de transporte iônico e na recuperação da extração, em membrana líquida suportada por chapa plana (FSLM) e membrana líquida suportada por chapa plana (EFSLM) foi numericamente investigada. Ambos os modos de operação FSLM e EFSLM, em termos de implementação eletrostática, foram considerados. Adotando uma abordagem numérica, as equações de Poisson-Nernst-Planck e Navier-Stokes foram resolvidas em condições de estado instável considerando diferentes valores de permissividade, difusividade e viscosidade para a presença de força elétrica e agitador, respectivamente. O resultado mais importante deste estudo é que em condições semelhantes, ao aumentar a tensão aplicada, a recuperação da extração aumentou. Por exemplo, no modo EFSLM, aumentando a tensão aplicada de \(10 \) para \(30 {\text{V}}\), a recuperação da extração aumentou de \(53\) para \(98\%\) . Além disso, também foi observado que a presença de nanopartículas tem efeitos significativos no desempenho do sistema SLM.

Atualmente, com o crescimento da tecnologia, a quantidade de efluentes industriais lançados no meio ambiente aumenta gradativamente. Mesmo em baixas concentrações, os contaminantes nas águas residuais têm efeitos devastadores na saúde humana e em outros organismos vivos. Os íons metálicos são um dos poluentes mais tóxicos das águas residuais lançadas no meio ambiente1,2,3,4,5,6,7. Devido ao uso generalizado de metais pesados ​​como o cádmio em pigmentos, galvanoplastia, metalurgia e campos agrícolas (fertilizantes e pesticidas), esse íon metálico tóxico é liberado nas fontes de água e as contamina8. Por outro lado, devido à falta de degradabilidade e toxicidade, a presença desses metais nos recursos hídricos é muito preocupante para o ecossistema. Por esta razão, a Organização Mundial da Saúde (OMS) definiu \(3{\text{ ppm}}\) como a concentração máxima permitida de cádmio na água potável9,10,11. Portanto, é necessário desenvolver métodos eficazes e de baixo custo para remover metais de águas residuais antes do descarte. Existem vários métodos para remover íons metálicos de águas residuais, como extração líquido-líquido12,13,14, adsorção15,16, troca iônica17, eletrodiálise18,19 e processos de membrana2,20,21,22.

Hoje, a tecnologia de membrana tem vantagens como consumo reduzido de energia devido à ausência de mudança de fase, baixo volume e alta transferência de massa, alta eficiência de separação para soluções diluídas, projeto direto de membranas e facilidade de uso em escala industrial de outros métodos23. Destacam-se os agentes de isolamento, entre os quais o uso de SLM contém duas fases do aceptor e doador devido à alta eficiência de extração mesmo em baixas concentrações, baixo consumo de solvente, baixo custo, transferência de massa mais fácil devido à espessura mais fina do que outras técnicas de LM receberam muita atenção24.

A membrana SLM pode transmitir o íon desejado pela força motriz da diferença de voltagem, ou velocidade. Até agora, muitos pesquisadores na área de modelagem, simulação e experimentação realizaram numerosos estudos sobre membranas líquidas para tratamento de águas residuais, recuperação de metais de terras raras25,26,27,28,29. Tehrani et al.30 estudaram membranas nanofluidas estabilizadas para separar os íons gadolínio do meio de solução de nitrato. Eles investigaram o efeito de TiO2 hidrofílico e nanopartículas de SiO2 hidrofóbicas no sistema de membrana líquida estabilizada. Os resultados mostraram que a presença de nanopartículas afetou significativamente a difusão do sistema SLM e concluiu que as nanopartículas hidrofóbicas são mais desejáveis. Zaheri et al.31 recuperaram o európio metálico por nanotubos de carbono e transportadores ácidos (Cyanx 272) no sistema SLM e investigaram o efeito do pH da alimentação na qualidade da separação. Bhatluri et al.32 investigaram a remoção de cádmio e chumbo de uma alimentação aquosa por óleo de coco como solvente e Aliquate 336 como veículo. Ao aumentar o EDTA para a fase receptora, eles aumentaram o fluxo de transferência de massa33. Foi estudada a separação dos íons Cd (II) e Ni (II) em meio aquoso de sulfato usando uma membrana líquida estabilizada (SLM). O efeito de vários parâmetros, como concentração de alimentação, concentração de portadores, fase de alimentação e pH do receptor no fator de separação e fluxo de íons Cd (II) e Ni (II) foi estudado, o que concluiu que a porcentagem de separação de cádmio é muito maior do que um níquel34. Rehman et al.35 investigaram a transferência de zinco (II) através da membrana plana do SLM com o carreador TDDA (tri-n-dodecilamina). A estequiometria das espécies extraídas, ou seja, complexas, foi investigada por meio de análise de inclinação, e descobriu-se que o complexo (LH)2·Zn(CL)2 é responsável pela transmissão do Zn(II). Os resultados previstos do modelo matemático de transferência de zinco (II) são consistentes com os resultados experimentais. Verificou-se que o fluxo de Zn (II) aumentou um pouco com o aumento do transportador e HCL na solução de alimentação e diminuiu com o aumento da concentração. Martinez et al.36 estudaram a separação da mistura Ítrio-Neodímio-Disprósio usando bis(2-Etilhexil)hidrogênio fosfato (D2EHPA) como carreador por FSLM por simulação. A seletividade e um modelo de infiltração cinética transiente foram usados ​​nos cálculos. A distribuição de resistência entre as fases, pH, concentração do extrator e concentração inicial da alimentação afeta drasticamente a seletividade e o tempo do processo, e seu gerenciamento adequado melhora a separação. A instabilidade da fase da membrana afeta a vida útil da membrana ao longo do tempo, o que faz com que a fase orgânica da membrana desapareça nas duas fases aquosas. A fase fica azul e pode destruir a unidade de separação.