عنوان	ساخت، ارزیابی عملکرد و بهینهسازی سیستمهای یون زدای خازنی به منظور شیرینسازی آب
نوع پژوهش	پایان نامه های تقاضا محور و غیر تقاضا محور
کلیدواژه‌ها	سیستم یونزدای خازنی، الکترود کربنی، شیرینسازی آب، بهینهسازی
چکیده	این پژوهش به ساخت و بهینهسازی سیستم یونزدایی خازنی به منظور شیرینسازی آب میپردازد. الکترودهای این سیستم بر پایه کربن فعال تهیه شده از پوست بادامزمینی بعنوان یک پیشساز ارزان قیمت و در دسترس، ساخته شد. با استفاده از روش های آماری و هوشمند مدلسازی و بهینه سازی مبتنی بر داده شامل الگوریتم طراحی آزمایش و مدلسازی سطح پاسخ، تحلیل حساسیت سوبل و الگوریتم ژنتیک، تأثیر کیفی و کمی سه پارامتر مهم فرآیند سنتر کربن فعال )نسبت فعالسازی، دما و زمان پیرولیز( بر روی راندمان تولید و خواص فیزیکی و الکتروشیمیایی محصول نهایی )شامل سطح ویژه، ظرفیت ویژه ذخیرهسازی بار و سینتیک عبور یون برحسب مقاومتهای انتقال بار و نفوذ واربورگ(، بررسی گردید. سپس این فرآیند با هدف بیشینه سازی راندمان تولید و تنظیم خواص محصول نهایی مطابق با ویژگیهای الکترود ایدهآل فرآیند یونزدایی خازنی، یعنی سطح ویژه بزرگ، ظرفیت ویژه باال و سینتیک سریع انتقال یون، بهینه گردید. در مرحله بعد، عملکرد نمکزدایی الکترود بهینه طی فرآیند یونزدایی خازنی مورد ارزیابی قرار گرفته و اثر شرایط عملیاتی سیستم )ولتاژ اعمالی به الکترود، غلظت اولیه محلول نمک، و شدت جریان خوراک( بر ظرفیت جذب نمک با استفاده از رویکرد مدلسازی و بهینهسازی معرفی شده مطالعه شد. همچنین، متغیرهای عملیاتی به منظور دستیابی به بیشترین ظرفیت جذب نمک در فرآیند، بهینه گردید. نتایج حاصل از بررسی پارامترهای سنتز کربن متخلخل نشان داد که افزایش مقادیر پارامترهای سنتز منجر به کاهش راندمان تولید محصول میشود؛ اما در مقابل تخلخل و سطح ویژه کربن بهبود مییابد. این افزایش تخلخل منجر به ایجاد یک رفتار دوگانه در خواص الکتروشیمیایی الکترود گردید؛ بدین نحو که ظرفیت ویژه الکترود باالرفته اما مقاومت های انتقال بار )فصل مشترک( و نفوذ یون نیز اضافه میشود که به معنای کاهش سینتیک عبور یون است. تحلیل حساسیت سوبل مشخص نمود که دمای پیرولیز با ثبت % ،70/6 % ،87/8 % ،67/2 % ،74/1 و % 55/4 تأثیر به ترتیب بر روی راندمان تولید، سطح ویژه کربن، ظرفیت ویژه الکترود و مقاومت های انتقال بار و نفوذ، بیشترین اثرگذاری را بر فرآیند تولید داراست. براساس نتایج بهینهسازی فرآیند سنتز کربن با هدف تولید محصول با بیشترین راندمان و با بهترین خواص ممکن برای الکترود سیستم یونزدای خازنی، نمونه بدست آمده در نسبت فعال سازی ،1 دمای پیرولیز C750° و زمان پیرولیز 30 دقیقه، دارای باالترین راندمان تولید ممکن )26/5%(، ساختار مزوحفرهای 2m گسترده، بهترین خواص ممکن از نظر باال بودن سطح ویژه )g/ 685( و ظرفیت ویژه )g/F 127/13 در s/mV5 )و نیز پایین بودن مقاومتهای فصل مشترک و نفوذ یون )به ترتیب برابر Ω 84/47 و Ω 41/95 )و پایداری الکتروشیمیایی باال )حفظ 93% از ظرفیت ویژه بعد از 100 سیکل متوالی( بود. مطالعه تأثیر شرایط عملیاتی فرآیند یونزدایی خازنی بر ظرفیت جذب نمک توسط الکترود بهینه مشخص نمود که با افزایش ولتاژ الکتریکی، غلظت اولیه نمک و شدت جریان خوراک، میتوان ظرفیت جذب را تقویت نمود. در بین متغیرهای یاد شده، ولتاژ الکتریکی با 50/5% بیشترین سهم را در تغییرات ظرفیت جذب نمک دارا بود و میزان حساسیت ظرفیت جذب به تغییرات غلظت اولیه نمک و شدت جریان خوراک به ترتیب برابر /6% 20 و 28/9% حاصل گردید. بهینهسازی فرآیندی نیز نشان داد که بیشترین ظرفیت جذب الکترود ساخته شده برابر g/mg 22/73 بوده که در مقادیر بهینه ولتاژ الکتریکی = V،1/6 غلظت اولیه نمک = L/mg1500 و شدت جریان خوراک = min/mL 27 بدست میآید. الکترود بهینه پس از انجام 100 سیکل متوالی جذب و دفع در شرایط بهینه فرآیندی، پایداری مناسبی را از خود نشان داد و توانست تا 74 درصد از ظرفیت خود را جهت جذب نمک حفظ نماید. همچنین اثبات گردید که فرآیند جذب از سینتیک شبه درجه اول پیروی خواهد کرد
پژوهشگران	احسان صالحی (استاد راهنما)، مهدی عسکری (دانشجو)، محمد ولاشجردی (استاد مشاور)