二维多组分电渗析离子迁移模拟：提升选择性离子去除策略

本文主要探讨了电渗析过程中多组分离子迁移的模拟研究，该研究发表在《环境科学与生态技术》杂志上。文章由Soraya Honarparvara和Danny Reiblea两位作者共同完成，他们在德克萨斯理工大学的化学工程系和土木、环境和建筑工程系进行合作。研究旨在通过建立一个多组分离子输运模型，分析影响电渗析过程的关键因素，如电解槽长度、外加电位、进水离子强度、溶液的多组分特性以及离子交换膜（IEM）的设计和操作条件。 论文基于能斯特-普朗克（NP）方程和电中性假设，考虑了欧姆区电渗析槽内的湍流假设，即假设流体为不可压缩、等温且层流。研究特别关注了离子交换膜-溶液界面的Donnan平衡和水的连续性，通过计算膜水体积分数来修正有效离子扩散系数，以反映膜内的弯曲效应。开发的模型旨在揭示不同参数如何影响在电渗析过程中二价离子的选择性去除效率，这对于理解如何优化微咸水和采出水的处理至关重要。 研究发现，电解槽长度、施加电压和进水离子强度的降低有利于提高二价离子的选择性去除率。高浓度的固定电荷在短电池长度和低电压条件下对二价离子的选择性去除效果更明显。此外，含有高水分的开发框架对于确定最佳的电渗析细胞设计、IEM结构以及操作条件，具有显著作用，能实现对多组分溶液中特定离子的选择性去除，这对解决工业和化学过程中的结垢问题具有实际应用价值。 这篇文章提供了深入理解电渗析过程中的多组分离子行为及其控制策略的关键见解，对于提升水处理技术的效率和选择性具有重要的理论支持。通过模拟和实验相结合的方法，研究者们为解决盐水处理中的复杂问题开辟了新的途径。