Ανάπτυξη Καινοτόμων Ηλεκτροχημικών Διεργασιών Επεξεργασίας Νερού με τη Συνδυαστική Χρήση Ηλεκτροδίων από Νανοάνθρακες και Αγώγιμα Πολυμερή

 

Σύντομη περιγραφή

Η αφαλάτωση του νερού αποτελεί μια ελκυστική επιλογή για την αντιμετώπιση της λειψυδρίας που προκαλείται από την αύξηση του πληθυσμού, την κλιματική αλλαγή και τη ρύπανση του περιβάλλοντος. H εφαρμογή ηλεκτροχημικών διεργασιών για τον απιονισμό του νερού με τη χρήση ηλεκτροδίων (χωρητικός απιονισμός), έχει κεντρίσει πρόσφατα το ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω της μικρής κατανάλωσης ενέργειας που απαιτείται σε σύγκριση με άλλες μεθόδους. Το βασικό μειονέκτημα των παρόντων-συμβατικών συστημάτων σχετίζεται με την προσρόφηση των ιόντων στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων η οποία προκαλεί άπωση των (συν) ιόντων οδηγώντας σε μείωση της απόδοσης. Λύση του προβλήματος την οποία προτείνει η παρούσα πρόταση είναι η συνδυαστική χρήση ηλεκτροδίων με βάση τις νανοδομές άνθρακα και αγώγιμων πολυμερικών υλικών για ανάπτυξη καινοτόμων ηλεκτροχημικών διεργασιών απιονισμού και επεξεργασίας του νερού. Με τον τρόπο αυτό η απόδοση του συστήματος μπορεί να βελτιωθεί έως και 50% σε σχέση με το κοινό σύστημα χωρητικού απιονισμού. Ένας βασικός παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά το σχεδιασμό της διάταξης και την ενσωμάτωση των μεμβρανών ιοντοεναλλαγής πάνω στα ηλεκτρόδια, είναι η βελτιστοποίηση της εναπόθεσης των πολυμερικών ή/και υβριδικών μεμβρανών στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων.
Προς αυτήν την κατεύθυνση, στόχος της πρότασης αποτελεί α) η επιλογή των κατάλληλων νανουλικών με βάση τον άνθρακα καθώς και των (αγώγιμων) πολυμερικών υλικών και β) η αποτελεσματική ενσωμάτωση των υβριδικών υλικών στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Η σύσταση του τελικού υλικού καθώς και οι συνθήκες κατά την ανάπτυξη του είναι βασικές παράμετροι βελτιστοποίησης ώστε να αναπτυχθούν ηλεκτρόδια με την επιθυμητή συνοχή, την κατάλληλη μορφολογία, την υψηλή αγωγιμότητα, τον ενισχυμένο υδρόφιλο χαρακτήρα και την υψηλή απόδοση ιοντοεναλλαγής. Τελικό στόχο αποτελεί η ανακλιμάκωση της διεργασίας και η εφαρμογή της σε μεγαλύτερη κλίμακα και πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Για το λόγο αυτό κρίνεται σκόπιμη θεωρητική μελέτη προσομοίωσης ώστε να εκτιμηθεί η απόδοση του συστήματος κατά την εφαρμογή του σε μεγαλύτερη κλίμακα. Αυτό θα συμβάλλει στη βέλτιστη επιλογή των υλικών και τον ιδανικό σχεδιασμό των τεχνικών χαρακτηριστικών (γεωμετρία, διαστάσεις, κτλ) των ηλεκτροδίων προτού το σύστημα μεταφερθεί από την εργαστηριακή κλίμακα στην βιομηχανική.
Τα βασικότερα στάδια του προγράμματος αφορούν στα ακόλουθα:
1. Ανάπτυξη καινοτόμων νανοσύνθετων ηλεκτροδίων και μεβρανών ιοντοεναλλαγής με συνδυασμό νανοδομών άνθρακα (νανοσωλήνων άνθρακα, γραφενίου κλπ.) και αγώγιμων πολυμερών για εφαρμογή στην επεξεργασία και καθαρισμό υδάτων (επιλεκτικό απιονισμό, αφαλάτωση, απομάκρυνση βαρέων μετάλλων κλπ).
2. Ανάπτυξη καινοτόμου ηλεκτροχημικής διεργασίας επεξεργασίας νερού για την πληρέστερη αξιοποίηση των νανοσύνθετων ηλεκτροδίων και μεβρανών ιοντοεναλλαγής.
3. Μελέτη προσομοίωσης και σχεδιασμού των υλικών προς ανακλιμάκωση της διεργασίας επεξεργασίας του νερού.
4. Επίδειξη της αναπτυχθείσας μεθοδολογίας προς περεταίρω αξιοποίησή της για βιομηχανική χρήση.
Η αξιοποίηση της τεχνολογίας για βιομηχανική χρήση θα πραγματοποιηθεί με τη συμβολή της ΔΕΗ Α.Ε. και της ΔΕΛΤΑ. Συγκεκριμένα, αφού βελτιστοποιηθεί το σύστημα με τη συνεργασία των ερευνητικών φορέων (ΕΚΕΤΑ, R-NANO, ΕΚΕΦΕ Δ) και της επιχείρησης ΔΕΛΤΑ, πιλοτικής κλίμακας μονάδες θα εγκατασταθούν στο χώρο του εργοστασίου της ΔΕΗ Α.Ε. και της ΔΕΛΤΑ.

Μελέτες

No items found