Un estudio de simulación de un electro

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 12170 (2022) Citar este artículo

959 Accesos

8 citas

2 Altmetric

Detalles de métricas

La tecnología de membranas con ventajas como el consumo de energía reducido debido a que no hay cambio de fase, la transferencia de bajo volumen y alta masa, la alta eficiencia de separación para soluciones en solución, el diseño sencillo de membranas y la facilidad de uso a escala industrial son diferentes de otros métodos de separación. Existen varios métodos, como la extracción líquido-líquido, la adsorción, la precipitación y los procesos de membrana para separar los contaminantes de una solución acuosa. La técnica de membrana líquida proporciona un método práctico y sencillo de separación de iones metálicos como técnica avanzada de extracción con disolventes. Las membranas líquidas estabilizadas requieren menos consumo de solvente, menor costo y una transferencia de masa más sencilla debido a su espesor más delgado que otras técnicas de membrana líquida. Se investigó numéricamente la influencia de las propiedades electrostáticas, derivadas del campo eléctrico, sobre la tasa de transporte iónico y la recuperación de la extracción, en membrana líquida soportada en lámina plana (FSLM) y membrana líquida soportada en lámina electroplana (EFSLM). Se consideraron los modos de operación FSLM y EFSLM, en términos de implementación electrostática. Mediante la adopción de un enfoque numérico, las ecuaciones de Poisson-Nernst-Planck y Navier-Stokes se resolvieron en condiciones de estado inestable considerando diferentes valores de permitividad, difusividad y viscosidad para la presencia de fuerza eléctrica y agitador, respectivamente. El resultado más importante de este estudio es que bajo condiciones similares, al aumentar el voltaje aplicado, la recuperación de extracción aumentó. Por ejemplo, en el modo EFSLM, al aumentar el voltaje aplicado de \(10 \) a \(30 {\text{V}}\), la recuperación de extracción aumentó de \(53\) a \(98\%\) . Además, también se observó que la presencia de nanopartículas tiene efectos significativos en el rendimiento del sistema SLM.

Hoy en día, con el crecimiento de la tecnología, la cantidad de aguas residuales industriales vertidas al medio ambiente aumenta gradualmente. Incluso en bajas concentraciones, los contaminantes en las aguas residuales tienen efectos devastadores en la salud humana y otros organismos vivos. Los iones metálicos son uno de los contaminantes más tóxicos de las aguas residuales vertidas al medio ambiente1,2,3,4,5,6,7. Debido al uso generalizado de metales pesados ​​como el cadmio en pigmentos, enchapados, metalurgia y campos agrícolas (fertilizantes y pesticidas), este ion metálico tóxico se libera en las fuentes de agua y las contamina8. Por otro lado, debido a la falta de degradabilidad y toxicidad, la presencia de estos metales en los recursos hídricos es muy preocupante para el ecosistema. Por ello, la Organización Mundial de la Salud (OMS) ha definido \(3{\text{ppm}}\) como la concentración máxima permisible de cadmio en el agua potable9,10,11. Por lo tanto, es necesario desarrollar métodos efectivos y de bajo costo para eliminar los metales de las aguas residuales antes de su eliminación. Existen varios métodos para eliminar los iones metálicos de las aguas residuales, como la extracción líquido-líquido12,13,14, la adsorción15,16, el intercambio iónico17, la electrodiálisis18,19 y los procesos de membrana2,20,21,22.

Hoy en día, la tecnología de membranas tiene ventajas como un consumo de energía reducido debido a que no hay cambio de fase, transferencia de bajo volumen y alta masa, alta eficiencia de separación para soluciones diluidas, diseño sencillo de membranas y facilidad de uso a escala industrial con otros métodos23. Se distinguen los agentes de aislamiento, entre los cuales el uso de SLM contiene dos fases de aceptor y donante debido a la alta eficiencia de extracción incluso a bajas concentraciones, bajo consumo de solvente, bajo costo, transferencia de masa más fácil debido a un espesor más delgado que otras técnicas de LM han recibido mucha atención24.

La membrana SLM puede transmitir el ion deseado por la fuerza impulsora de la diferencia de voltaje o velocidad. Hasta el momento, muchos investigadores en el campo del modelado, la simulación y la experimentación han realizado numerosos estudios sobre membranas líquidas para el tratamiento de aguas residuales, recuperación de metales de tierras raras25,26,27,28,29. Tehrani et al.30 estudiaron membranas de nanofluidos estabilizados para separar iones de gadolinio del medio de solución de nitrato. Investigaron el efecto de las nanopartículas hidrofílicas de TiO2 y de SiO2 hidrofóbicas en el sistema de membrana líquida estabilizada. Los resultados mostraron que la presencia de nanopartículas afectó significativamente la difusión del sistema SLM y concluyeron que las nanopartículas hidrofóbicas son más deseables. Zaheri et al.31 recuperaron europio metálico mediante nanotubos de carbono y portadores ácidos (Cyanx 272) en el sistema SLM e investigaron el efecto del pH de la alimentación en la calidad de la separación. Bhatluri et al.32 investigaron la eliminación de cadmio y plomo de una alimentación acuosa con aceite de coco como solvente y Aliquate 336 como vehículo. Al aumentar el EDTA a la fase receptora, aumentaron el flujo de transferencia de masa33. Se estudió la separación de iones Cd (II) y Ni (II) en un medio acuoso de sulfato utilizando una membrana líquida estabilizada (SLM). Se estudió el efecto de varios parámetros como la concentración de alimentación, la concentración de portador, la fase de alimentación y el pH del receptor sobre el factor de separación y el flujo de iones Cd (II) y Ni (II), lo que concluyó que el porcentaje de separación de cadmio es mucho mayor. que un níquel34. Rehman et al.35 investigaron la transferencia de zinc (II) a través de la membrana plana SLM con el portador TDDA (tri-n-dodecilamina). La estequiometría de la especie extraída, es decir, compleja, se investigó mediante análisis de pendiente y se encontró que el complejo (LH)2·Zn(CL)2 es responsable de la transmisión de Zn (II). Los resultados predichos del modelo matemático de transferencia de zinc (II) son consistentes con los resultados experimentales. Se encontró que el flujo de Zn (II) aumentaba algo con el aumento de portador y HCL en la solución de alimentación y disminuía con un mayor aumento de la concentración. Martinez et al.36 estudiaron la separación de la mezcla Itrio-Neodimio-Disprosio usando bis (2-Etilhexil) hidrógeno fosfato (D2EHPA) como portador por FSLM por simulación. En los cálculos se han utilizado selectividad y un modelo de infiltración cinética transitoria. La distribución de resistencia entre fases, pH, concentración de extractor y concentración de alimentación inicial afecta dramáticamente la selectividad y el tiempo de proceso, y su manejo adecuado mejora la separación. La inestabilidad de la fase de membrana afecta a la vida de la membrana a lo largo del tiempo, lo que provoca que la fase orgánica de la membrana desaparezca en las dos fases acuosas. La fase se vuelve azul y puede destruir la unidad de separación.

Khosravikia et al.37 analizaron la transferencia de fármacos ácidos y alcalinos por EME y el efecto de parámetros como el voltaje aplicado, el grosor de la membrana, la concentración inicial del fármaco, el tiempo, el pH, el pH de extracción del donante/aceptor, el coeficiente de penetración de las especies del fármaco y la porosidad de la membrana. El rendimiento de EME se evaluó aplicando condiciones de partición. La conclusión más importante de estos estudios es que el flujo dependía en gran medida de la diferencia de potencial SLM y el aumento de la diferencia de potencial aumentaba el flujo; los hallazgos de este estudio pueden ayudar a comprender mejor el sistema EME para encontrar las condiciones adecuadas para aumentar la extracción de EME del fármaco. Dolatabadi et al.38 investigaron una simulación numérica binaria para investigar el comportamiento de la transferencia de masa y la recuperación de analitos en dispositivos EME. El modelo propuesto puede describir el efecto de diferentes parámetros en la recuperación de EME. Los resultados predichos muestran que los factores más críticos en EME son la difusión del analito, el coeficiente de distribución del analito y la superficie protonada efectiva en las soluciones donadoras y aceptoras. El modelo propuesto ayuda a predecir el comportamiento de transferencia de masa del proceso EME en aplicaciones prácticas. Chalik et al.39 examinaron la transferencia de iones de cromo (VI) utilizando un enfoque electroanalítico EME utilizando un SLM. En el proceso EME-SLM se utilizó el modelo de transferencia de masa de Danesi para calcular los datos cinéticos, la constante de velocidad, el flujo, la permeabilidad y la recuperación para cada parámetro estudiado. El modelo propuesto investigó parámetros como el cambio de portador, los efectos de la concentración de portador y el efecto de cambio de disolvente, y se obtuvo una transferencia de cromo (VI) con una recuperación del 54,73 % en 100 min en condiciones óptimas.

El cadmio es un metal pesado tóxico cuya producción aumentó durante el siglo XX debido a la producción de baterías de níquel-cadmio, revestimientos metálicos y estabilizadores de plástico. La exposición al cadmio resulta de comer alimentos contaminados, incluidos vegetales de hoja y granos, y beber agua o inhalar aire contaminado. La absorción intestinal de cadmio es más excelente con deficiencia de hierro, calcio o zinc. El humo del tabaco es la fuente más importante de exposición al cadmio. El cadmio se almacena efectivamente en los órganos, incluidos los riñones, el hígado, los huesos, los pulmones, el sistema nervioso central y el corazón, y por lo tanto puede alterar varios sistemas biológicos40. En este estudio, se investigaron minuciosamente la transferencia de masa iónica y la recuperación de extracción en sistemas SLM. Utilizando el método numérico (elementos finitos), se resolvieron simultáneamente las ecuaciones de Poisson y Nernst-Planck modificada y Navier-Stokes (Stokes-Brinkmann). El sistema en cuestión se investigó para dos modos diferentes, es decir, el modo EFSLM (se aplica una fuerza impulsora eléctrica para el transporte iónico) y el modo FSLM (se aplica una fuerza impulsora de velocidad para el transporte iónico). Se investigaron los efectos de la fuerza impulsora mencionada, el grosor de la membrana, la porosidad, la resistencia, la concentración de la fase de alimentación inicial, la concentración de cadmio en la recuperación de la extracción y el flujo de transferencia de masa.

Como se muestra esquemáticamente en la Fig. 1, la transferencia iónica se aplicó a la membrana con soporte líquido en cualquiera de los modos FSLM y EFSLM. Los fenómenos de rectificación de corriente iónica, selectividad iónica y flujo electroosmótico se han producido en condiciones de estado no estacionario. Como se puede observar en la Fig. 2, el largo y el ancho de los embalses son iguales a \({\text{H}}\), y \({\text{Wf}}\), respectivamente, y finalmente, el espesor de la membrana es igual a, \({\text{L}}_{{\text{m}}}\). Mientras tanto, los depósitos son lo suficientemente grandes como para ignorar los efectos finales. Con el fin de facilitar y reducir la carga de trabajo computacional, y con respecto a la simetría de la cámara alrededor de su eje central, los cálculos se realizan para la mitad de la cámara. En el caso de FSLM, la membrana está ubicada entre dos agitadores magnéticos. De manera similar, en el modo EFSLM, la membrana está ubicada entre dos electrodos, donde el electrodo izquierdo es el electrodo de trabajo y el electrodo derecho está conectado a tierra. Al aplicar un voltaje, según su signo, se establece una corriente iónica en el interior del canal. Como se muestra en la Fig. 2, para EFSLM/FSLM, un sistema de coordenadas cartesianas \(\left( {{\text{x}},{\text{ y}},{\text{ z}}} \ right)\) con su origen ubicado en el eje SLM en la pared derecha del tanque11,41.

Esquema del proceso SLM con la fuerza impulsora, (a) velocidad y (b) eléctrica. (Tenga en cuenta que los paneles (a) y (b) muestran el proceso FSLM y EFSLM, respectivamente).

Vista 2-D de la extracción de la electromembrana; (a) esquema de la configuración igualitaria del sistema en estudio; (b) condiciones de contorno aplicadas en la operación.

Para resolver el problema en cuestión, se supuso que el sistema se encuentra en estado no estacionario y, como se mencionó anteriormente, el régimen de flujo es laminar (flujo progresivo) y el electrolito es \({\text{HCl}}\) solución, que es un fluido newtoniano e incompresible. Mientras tanto, se consideró; la viscosidad del fluido \({\upmu }_{{\text{E}}}\), coeficiente de difusión de especies iónicas en el electrolito \({\text{D}}_{{{\text{E}}, {\text{j}}}}\) (\({\text{j }} = { }1\) para cationes \(\left( {{\text{H}}^{ + } ,Cd^{ + 2} } \right)\) y \({\text{j }} = { }2\) Para aniones \(\left( {{\text{Cl}}^{ - } } \right)\) ), la permitividad del electrolito \({\upvarepsilon }_{{\text{E}}}\), y \({\text{p}}\), \({\mathbf{u}}\), \ (\phi\) y \({\mathbf{N}}_{{\text{j}}}\), representan la presión hidrodinámica, la velocidad del fluido, el potencial eléctrico y el flujo de especies iónicas, respectivamente. El fenómeno se formula utilizando las ecuaciones modificadas de Poisson-Nernst-Planck y Navier-Stokes de la siguiente manera:

En modo FSLM:

En modo EFSLM:

En las ecuaciones anteriores, la densidad iónica del electrolito se define como \({\uprho }_{{\text{E}}} = \sum\nolimits_{{{\text{j}} = 1}}^{ 2} {{\text{z}}_{{\text{j}}} {\text{Fc}}_{{\text{j}}} }\) donde \({\text{z}} _ {{\text{j}}}\) y \({\text{c}}_{{\text{j}}}\) son los números de carga y las concentraciones de especies iónicas en el electrolito, respectivamente. Los parámetros \({\text{F}}\), \({\text{R}}\), \({\uprho }\) y \({\text{T}}\) denotan la constante de Faraday , la constante universal de los gases, la densidad del fluido y la temperatura absoluta del sistema, respectivamente.

Asimismo, el porcentaje de recuperación de la extracción para cada analito se calcula de acuerdo a lo siguiente:

donde \(n_{{s,{\text{inicial}}}}\) y \({\text{n}}_{{{\text{a}},{\text{final}}}}\ ) representan el número de moles de analito disponibles inicialmente en la fase de muestra y finalmente en la fase de aceptación, respectivamente. \(V_{a}\) es el volumen de la fase aceptora, \(V_{S}\) el volumen de la muestra, \({\text{c}}_{{{\text{a}},{\text {final}}}}\) la concentración final de analito en la solución aceptora y \({\text{c}}_{{{\text{s}},{\text{inicial}}}} \) es la concentración inicial de analito en la solución donante.

Las condiciones de contorno asumidas para las Ecs. (1)–(5) se dan en la Tabla 1 y se muestran en la Fig. 2b.

Dado que las Ecs. (1)–(5) son interdependientes y altamente no lineales; se deben usar herramientas numéricas apropiadas para resolverlos. Aquí, las ecuaciones se resolvieron utilizando el software Comsol Multiphysics (5.6a), que funciona según el método de elementos finitos de alto rendimiento. La electrostática, el transporte de especies diluidas y la física de flujo progresivo se utilizaron para simular el presente estudio utilizando una combinación de mallas triangulares y cuadradas. El estudio de independencia de malla se realizó en la geometría cónica para determinar el número de malla óptimo. Los resultados revelaron que las mallas \(81644\) eran suficientes para el FSLM/EFSLM como el número de malla óptimo. Además, para evaluar el desempeño del presente modelo, como se puede ver en la Fig. 3, los resultados se comparan exitosamente con los datos experimentales de Tehrani et al.42

Comparación entre la solución numérica del presente modelo y los resultados experimentales de Tehrani et al.42.

.

La investigación actual investigó los impactos de las diferentes fuerzas impulsoras en los modos FSLM y EFSLM en el transporte de iones y la recuperación de la extracción en una membrana con soporte líquido. Las variables influyentes que se han investigado incluyen la fuerza motriz, el grosor de la membrana, la porosidad, la resistencia, la concentración de la fase de alimentación inicial, la concentración de cadmio y el voltaje aplicado. Los valores de los parámetros y variables utilizados en el proceso de simulación se dan en la Tabla 2.

Para presentar los resultados, comenzamos examinando el contorno de separación de iones en términos de diferentes velocidades en un tiempo fijo de \(6{\text{ S}}\) en el sistema FSLM de la Fig. 4. Como se muestra en la Fig. 4, la separación máxima se logra en la región media debido al flujo turbulento creado por la presencia del agitador. En esta área, la transferencia de masa por convección aumenta, y el mecanismo predominante en esta área es el movimiento de remolinos, y la tasa de separación aumenta para los dos extremos con un mecanismo de difusión menos turbulento. Además, el aumento de la velocidad tiene un efecto directo sobre la tasa de separación.

El efecto de la tasa de agitación en la tasa de separación de iones en el sistema FSLM.

La Figura 5 muestra el efecto del voltaje aplicado y la velocidad del agitador para transferir especies iónicas bajo \(L_{m} = 200 \mu m\), \(K = 0.8\), \(c_{0} = 100 mM\), \(\varepsilon_{p} = 0,8\), \(u_{0} = 0,01 m/s\), \(V_{app} = 20 V\), y \(k_{p} = 10^{ - 8} m^{2}\) condiciones. Como se muestra en la Fig. 5, la transferencia de especies iónicas en el sistema EFSLM se realiza con un perfil y tapón uniformes. Mientras que en el sistema FSLM, la transferencia de especies iónicas ocurre en una distribución dispersa y heterogénea. Porque en el sistema EFSLM, debido a la presencia de fuerza electrostática y la formación de dobles capas eléctricas, la transferencia de especies iónicas es más rápida y tiene un efecto más significativo en la eficiencia de separación38.

Comparación de la fuerza motriz, (a) eléctrica y (b) impulso en la transferencia de especies de iones.

El efecto de la velocidad y el voltaje en la separación de iones se muestra en la Fig. 6. Como se muestra en la Fig. 6a, debido a que el ion está dentro del conductor, el voltaje aplicado conduce al movimiento electroforético y al movimiento de iones, mientras que cuando la velocidad es el factor externo, no tendrá buenas salidas lógicas. Como se muestra en la Fig. 6a, aumentar el voltaje afectará directamente la eficiencia de extracción. Mientras se muestra en la Fig. 6b, la permeabilidad de la membrana es una función de la velocidad de agitación en el lado de la solución. Al aumentar demasiado la velocidad de agitación, la permeabilidad se independiza de la velocidad de agitación, por lo que la separación, en este caso, alcanza su valor mínimo43,44.

El impacto de (a) el voltaje aplicado y (b) la velocidad del agitador en la recuperación de la extracción.

La Figura 7 ilustra el efecto de la concentración de cadmio en la tasa de separación. Como se muestra en el proceso electrostático, Fig. 7a, el flujo de transferencia de masa aumenta a medida que aumenta la concentración de cadmio (II). Sin embargo, el porcentaje de extracción de iones de cadmio a concentraciones más altas de iones metálicos no es significativo porque la fase orgánica está saturada con un complejo ion-metal. Inicialmente, a bajas concentraciones de iones de cadmio, la transferencia de iones metálicos depende de la actividad de los iones metálicos, que es la misma concentración porque el coeficiente de actividad a bajas concentraciones es uno, pero a altas concentraciones, el coeficiente de actividad debido al colombiano interacción entre anión y catión. Debido al aumento de la fuerza iónica, conduce a una baja actividad salina y, por lo tanto, reduce la extracción45.

El impacto de la concentración de cadmio en la recuperación de la extracción, (a) EFSLM y (b) FSLM.

El efecto de la concentración inicial de la fase de alimentación sobre la eficiencia de extracción en diferentes momentos se muestra en la Fig. 8. Como se muestra en la Fig. 8a, a medida que aumenta la concentración inicial de la fase de alimentación, el coeficiente de difusión disminuye, dando como resultado una masa flujo de transferencia Inicialmente, a medida que aumenta la concentración de cadmio en la fase de alimentación, aumenta la disponibilidad de iones de cadmio en el límite de la membrana de alimentación, lo que conduce a un aumento más rápido en la reacción química superficial y un aumento en el flujo. Esto se debe al aumento en el sitio activo de transferencia de masa al llenar los poros con especies portadoras de complejos. Sin embargo, después de que la membrana funciona durante mucho tiempo, los poros de la membrana se llenan y la separación disminuye46.

El impacto de la concentración de alimentación en la recuperación de la extracción, (a) EFSLM y (b) FSLM.

Para lograr un efecto exponencial de la presencia de nanopartículas en el presente estudio sobre la tasa de separación, la distribución del espesor de la membrana y la porosidad se pueden examinar en las Figs. 9 y 10, respectivamente, en diferentes momentos. Como se muestra en la Fig. 9, el espesor de la membrana es proporcional al flujo de transferencia de masa. Por otro lado, a medida que aumenta el espesor de la membrana, disminuye el porcentaje de extracción, lo que provoca una disminución del flujo y la permeabilidad (Fig. S1). Desde otro punto de vista, se puede decir que la presencia de nanopartículas aumenta las áreas hidrofóbicas dentro de los poros de la membrana. También se puede concluir a partir de la Fig. 10 que el aumento de la porosidad aumenta la permeabilidad y favorece la separación de iones. Por otro lado, no hay operación de separación de un rango en adelante, lo que lleva a una menor eficiencia de separación (Fig. S2). En otras palabras, la adición de nanopartículas reduce la obstrucción y la estabilidad del flujo durante un período más prolongado47.

El impacto del grosor de la membrana en la recuperación de la extracción, (a) EFSLM y (b) FSLM.

El impacto de la porosidad en la recuperación de la extracción, (a) EFSLM y (b) FSLM.

Como se mencionó anteriormente, se asumió que la transferencia de masa en la membrana líquida para separar el ion deseado se acompaña de resistencia. El efecto de la resistencia a la transferencia de masa sobre la eficiencia de extracción para dos sistemas EFSLM, FSLM, se ve en la Fig. 11. Como se puede ver en la Fig. 11b. A medida que k disminuye, el porcentaje de recuperación aumenta. A medida que k disminuye, el espacio se vuelve más pequeño y, como se puede ver en la ilustración, cuando se inclina hacia 0.5, los iones tienden a estar dentro de un área con una permeabilidad más significativa. Sí, cuando se aplica el coeficiente de separación, se reduce la permeabilidad de un lado. Cuando la permeabilidad es grande, la concentración aumenta y también, como se muestra en la Fig. S3, k disminuye y, como resultado, aumenta el porcentaje de recuperación. Mientras que en la Fig. 11a se puede apreciar lo contrario de este hecho debido a la creación de la fuerza del mismo nombre y repulsión entre las cargas, esto reduce la recuperación.

El impacto del efecto de partición en la recuperación de extracción, (a) EFSLM y (b) FSLM.

En el presente trabajo se estudió el efecto de la presencia de fuerza electrostática y agitador considerando diferentes valores de permeabilidad, el coeficiente de difusión para los dos sistemas EFSLM y FSLM, respectivamente. Las simulaciones de estado inestable se realizaron utilizando ecuaciones de flujo laminar y de Poisson-Nernst-Planck utilizando un enfoque de elementos finitos. El modelo desarrollado se validó comparando los resultados con los datos teóricos y experimentales existentes. Se ha investigado el efecto de diferentes parámetros (voltaje, grosor de la membrana, porosidad, resistencia, concentración inicial de la fase de alimentación, concentración de cadmio) sobre la tasa de separación en los modos FSLM y EFSLM. Coincidentemente, en todas las formas, la tasa de separación en el proceso FSLM usando un agitador es mucho menor que en el proceso EFSLM usando un campo eléctrico. Los resultados se evaluaron examinando los efectos de los parámetros hidrodinámicos en el rendimiento de la separación a lo largo del tiempo. También se investigó el efecto de la presencia de nanopartículas como activadores de superficie para la modificación de la superficie, evitando al máximo la obstrucción, la acumulación y la deposición en la superficie de la membrana líquida estabilizada. Los resultados muestran que la presencia de nanopartículas tiene un efecto significativo en la penetración del sistema SLM, y se puede concluir que las nanopartículas hidrofóbicas son más deseables y afectan la morfología de la membrana.

Los datos están disponibles [de Ahmad Rahbar-Kelishami] con el permiso de [Ahmad Rahbar-Kelishami]. Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente, [Mahdiyeh Monesi], previa solicitud razonable.

Chang, SH, Teng, TT & Ismail, N. Extracción de Cu (II) de soluciones acuosas por solventes orgánicos a base de aceite vegetal. J. Peligro. Mate. 181, 868–872. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.05.093 (2010).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Jean, E., Villemin, D., Hlaibi, M. y Lebrun, L. Extracción de iones de metales pesados ​​utilizando nuevas membranas líquidas soportadas que contienen líquido iónico como vehículo. Sep. Purif. Tecnología 201, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.02.033 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Amini , M. , Rahbar-Kelishami , A. , Alipour , M. & Vahidi , O. Separación de iones metálicos en membrana líquida soportada: una descripción general . J. Miembro ciencia Res. 4, 121–135. https://doi.org/10.22079/jmsr.2017.63968.1138 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Tuzen, M., Saygi, KO & Soylak, M. Extracción en fase sólida de iones de metales pesados ​​en muestras ambientales en nanotubos de carbono de paredes múltiples. J. Peligro. Mate. 152, 632–639. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.07.026 (2008).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Drouin, N., Kubáň, P., Rudaz, S., Pedersen-Bjergaard, S. & Schappler, J. Extracción por electromembrana: Resumen de la última década. Análisis de tendencias de TrAC. química 113, 357–363. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.10.024 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Shayesteh, H., Raji, F. & Kelishami, AR Influencia de la longitud de la cadena alquílica del surfactante en el proceso de adsorción: un estudio de caso. Navegar. Interfaces 22, 100806. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100806 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Sarbisheh, F., Norouzbeigi, R., Hemmati, F. & Shayesteh, H. Aplicación de la metodología de superficie de respuesta para el modelado y optimización de la adsorción de verde de malaquita por turba de sphagnum modificada como biosorbente de bajo costo. Desalinizar Tratamiento de agua. 59, 230–242. https://doi.org/10.5004/dwt.2016.1728 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Ashrafi, A., Rahbar-Kelishami, A. & Shayesteh, H. Adsorción asistida por ultrasonidos simultánea altamente eficiente de Pb (II) por nanopartículas magnéticas de núcleo-carcasa de Fe3O4 @ MnO2: Síntesis y caracterización, estudios cinéticos, de equilibrio y termodinámicos. J. Mol. Estructura. 1147, 40–47. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2017.06.083 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Zeng, L., Liu, Q., Luo, L., Liu, L. y Tang, K. Mecanismo de mejora de una membrana líquida mejorada usando un retardante de permeación selectiva para la separación de iones de metales pesados. química Ing. ciencia 201, 1–14. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.02.017 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Klemz, AC et al. Tratamiento de agua producida en yacimientos petrolíferos por extracción líquido-líquido: una revisión. J. Mascota. ciencia Ing. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.108282 (2020).

Artículo Google Académico

Khatibi, M., Ashrafizadeh, SN y Sadeghi, A. Cubrir los nanocanales cónicos con capas densas de polielectrolitos mejora significativamente la rectificación de la corriente iónica. Anal. quim. Acta 1122, 48–60. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.05.011 (2020).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Łukomska, A., Wiśniewska, A., Dąbrowski, Z. & Domańska, U. Extracción líquido-líquido de cobalto (II) y zinc (II) a partir de soluciones acuosas utilizando nuevos líquidos iónicos como extractantes. J. Mol. Liq. 307, 112955. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.112955 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Wang, J. et al. Extracción líquido-líquido y detección visual de Hg2+ en solución acuosa mediante nanocristales de perovskita CsPbBr 3 luminiscentes. microquímica J. 170, 106769. https://doi.org/10.1016/j.microc.2021.106769 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Manaka, A., Ueno, Y., Tafu, M. & Kato, T. Análisis colorimétrico simple y de alta sensibilidad de cadmio mediante extracción líquida-líquida homogénea. Anal. ciencia https://doi.org/10.2116/analsci.21N029 (2021).

Artículo PubMed Google Académico

Azarang, A., Rahbar-Kelishami, A., Norouzbeigi, R. & Shayesteh, H. Modelado y optimización del rendimiento de pertracción de iones de metales pesados ​​de soluciones acuosas utilizando M2EHPA/D2EHPA: aplicación de la metodología de superficie de respuesta. Reinar. Tecnología innovador 15, 100432. https://doi.org/10.1016/j.eti.2019.100432 (2019).

Artículo Google Académico

Farahani, A., Rahbar-Kelishami, A. & Shayesteh, H. Extracción con solvente microfluídico de Cd (II) en patrón de flujo paralelo: optimización, intercambio iónico y estudio de transferencia de masa. Sep. Purif. Tecnología 258, 118031. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118031 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Yang, Z. et al. Trampa de metales de alto rendimiento: pilas de membranas de madera funcionalizadas con sulfhidrilo para una eliminación rápida y altamente eficiente de iones de metales pesados. Aplicación ACS. Mate. Interfaces. 12, 15002–15011. https://doi.org/10.1021/acsami.9b19734 (2020).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Khatibi, M., Ashrafizadeh, SN y Sadeghi, A. Aumento de la generación de energía de electrodiálisis inversa en nanocanales blandos mediante la adaptación de las propiedades de la capa blanda. Electrochim. Acta 395, 139221. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139221 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Khatibi, M., Sadeghi, A. y Ashrafizadeh, SN Triplicar la generación de energía de electrodiálisis inversa en nanocanales cónicos utilizando superficies blandas. física química química física 23, 2211–2221. https://doi.org/10.1039/D0CP05974A (2021).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Foong, CY, Wirzal, MDH y Bustam, MA Una revisión de la membrana de nanofibras con líquido iónico a base de amino para la eliminación de metales pesados. J. Mol. Liq. 297, 111793. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111793 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Qasem, NAA, Mohammed, RH y Lawal, DU Eliminación de iones de metales pesados ​​de las aguas residuales: una revisión exhaustiva y crítica. Npj Agua Limpia 4, 1–15. https://doi.org/10.1038/s41545-021-00127-0 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Ayoubi, S., Khatibi, M. y Ashrafizadeh, SN Un enfoque variacional aplicado para reducir el ensuciamiento con el flujo electroosmótico en microcanales de pared porosa. microfluido. Nanofluido. 25, 1–13. https://doi.org/10.1007/s10404-021-02501-3 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Charcosset, C. Aplicaciones clásicas y recientes de los procesos de membrana en la industria alimentaria. Ing. de Alimentos Rev. 13, 322–343. https://doi.org/10.1007/s12393-020-09262-9 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Toh, KY, Liang, YY, Lau, WJ y Fimbres Weihs, GA Una revisión del modelado CFD y las métricas de rendimiento para los procesos de membrana osmótica. Membranas 10, 285. https://doi.org/10.3390/membranes10100285 (2020).

Artículo PubMed Central CAS Google Académico

Zante, G., Boltoeva, M., Masmoudi, A., Barillon, R. & Trebouet, D. Transporte altamente selectivo de litio a través de una membrana líquida soportada. J. Flúor Chem. 236, 109593. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2020.109593 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Dash, S. & Mohanty, S. Aspecto del modelado matemático en la extracción de metales por solventes. Sep. Purif. Rev. 50, 74–95. https://doi.org/10.1080/15422119.2019.1648294 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Tao, J., Tao, Z. & Zhihong, L. Revisión sobre recursos y reciclaje de germanio, con especial atención a las características, el mecanismo y los desafíos de la extracción por solventes. J. Limpio. Pinchar. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126217 (2021).

Artículo Google Académico

Karimzadeh, M., Khatibi, M. & Ashrafizadeh, SN Impactos de las propiedades dependientes de la temperatura en el comportamiento del transporte de iones en nanocanales blandos. En t. común Transferencia de masa de calor 129, 105728. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105728 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Alinezhad, A., Khatibi, M. y Nezameddin Ashrafizadeh, S. Impacto de las capas blandas de asimetría y la partición de iones en la rectificación de corriente iónica en nanocanales bipolares. J. Mol. Liq. 347, 118324. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118324 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Tehrani, BM & Rahbar-Kelishami, A. Influencia de la transferencia de masa mejorada inducida por el movimiento browniano en la membrana de nanolíquidos soportada: correlación experimental y modelado numérico. En t. J. Transferencia de masa de calor. 148, 119034. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119034 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Zaheri, P., Davarkhah, R. & Zahakifar, F. Extracción de uranio de la solución de ácido sulfúrico utilizando una membrana de inclusión de polímero que contiene alamina336. J. Nucl. ciencia Tecnología (JonSat) 42, 28–36. https://doi.org/10.24200/nst.2021.1293 (2021).

Artículo Google Académico

Falaki, F., Shamsipur, M. & Shemirani, F. Separación selectiva simultánea de iones de plata (I) y plomo (II) de una solución de fuente única diluida a través de dos membranas líquidas soportadas compuestas de éteres de corona selectivos en solvente supramolecular. química Artículos https://doi.org/10.1007/s11696-021-01734-4 (2021).

Artículo Google Académico

He, D., Luo, X., Yang, C., Ma, M. & Wan, Y. Estudio del transporte y separación de Zn(II) mediante un proceso combinado de dispersión de tira/membrana líquida soportada que contiene D2EHPA en queroseno como el transportador. Desalinización 194, 40–51. https://doi.org/10.1016/j.desal.2005.10.024 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Sadeghi, MH, Tofighy, MA y Mohammadi, T. Grafeno unidimensional para la adsorción eficiente de metales pesados ​​en agua: eliminación rápida de iones de arsénico y mercurio mediante nanocintas de óxido de grafeno (GONR). Chemosphere 253, 126647. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126647 (2020).

Artículo ADS PubMed CAS Google Scholar

Ur Rehman, H. et al. Transporte de Zn (II) mediante membranas líquidas soportadas en TDDA-polipropileno y recuperación del licor de descarga residual de planta de galvanizado de Zn (II). J. Chem. 2017, 7569354. https://doi.org/10.1155/2017/7569354 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Martínez, J., Rodríguez Varela, R., Forsberg, K. & Rasmuson, Å. Factores que influyen en la selectividad de separación de elementos de tierras raras en membranas líquidas soportadas por láminas planas. química Ing. ciencia 191, 134–155. https://doi.org/10.1016/j.ces.2018.06.018 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Khosravikia, M. & Rahbar-Kelishami, A. Un estudio de simulación de un enfoque aplicado para mejorar la recuperación de fármacos a través de la extracción por electromembrana. J. Mol. Liq. 358, 119210. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.119210 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Dolatabadi, R., Mohammadi, A. & Baghani, M. Una simulación computacional de extracción de electromembrana basada en ecuaciones de Poisson - Nernst - Planck. Anal. quim. Acta 1158, 338414. https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338414 (2021).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Çalık, G., Kaya, A., Onac, C., Aytaç, A. & Alpoguz, HK Análisis cinético del transporte de Cr(VI) con procesos de electromembrana. J Chem. Tecnología Biotecnología. 97, 662–667. https://doi.org/10.1002/jctb.6948 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Seifollahi, Z. & Rahbar-Kelishami, A. Extracción de diclofenaco de solución acuosa por una membrana líquida en emulsión: estudio y optimización de parámetros utilizando la metodología de superficie de respuesta. J. Mol. Liq. 231, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.01.081 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Karimzadeh, M., Seifollahi, Z., Khatibi, M. y Ashrafizadeh, SN Impactos de la forma de los nanocanales blandos en su selectividad iónica y rectificación de corriente. Electrochim. Acta 399, 139376. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139376 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Mohammad Tehrani, B. & Rahbar-Kelishami, A. Una nueva correlación del coeficiente de transferencia de masa para mejorar la extracción de metales de tierras raras a través de una membrana de nanolíquidos soportada. química Ing. Proceso. Proceso Intensif. 143, 107625. https://doi.org/10.1016/j.cep.2019.107625 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Fadaei, F., Shirazian, S. & Ashrafizadeh, SN Simulación de transferencia de masa de extracción por solvente en contactores de membrana de fibra hueca. Desalinización 275, 126–132. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.02.039 (2011).

Artículo CAS Google Académico

Xia, L. et al. Avances recientes en técnicas rápidas de preparación de muestras. Anal. química 92, 34–48. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b04735 (2019).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Ghanbarian, B., Hunt, AG, Ewing, RP y Sahimi, M. Tortuosidad en medios porosos: una revisión crítica. Ciencia del suelo Soc. Soy. J. 77, 1461–1477. https://doi.org/10.2136/sssaj2012.0435 (2013).

Artículo ADS CAS Google Académico

Zarghampur, F., Yamini, Y., Baharfar, M., Javadian, G. y Faraji, M. Extracción de electromembrana en chip seguida de colorimetría sensible basada en imágenes digitales para la determinación de cantidades traza de Cr (vi). Anal. Métodos 12, 483–490. https://doi.org/10.1039/C9AY02328C (2020).

Artículo CAS Google Académico

Huang, C., Jensen, H., Seip, KF, Gjelstad, A. y Pedersen-Bjergaard, S. Transferencia de masa en la extracción de electromembranas: el vínculo entre la teoría y los experimentos. J. Sep. Sci. 39, 188–197. https://doi.org/10.1002/jssc.201500905 (2016).

Artículo PubMed CAS Google Académico

Descargar referencias

Laboratorio de Investigación para Procesos de Separación Avanzados, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Ciencia y Tecnología de Irán, Narmak, 16846-13114, Teherán, Irán

Mahdiyeh Monesi, Mahdi Khatibi y Ahmad Rahbar-Kelishami

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

MM escribió el texto principal. Figuras preparadas por MM y MK. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Ahmad Rahbar-Kelishami.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Monesi, M., Khatibi, M. y Rahbar-Kelishami, A. Un estudio de simulación de una extracción de electromembrana para mejorar el transporte de iones mediante la adaptación de las propiedades electrostáticas. Informe científico 12, 12170 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16482-y

Descargar cita

Recibido: 31 enero 2022

Aceptado: 11 julio 2022

Publicado: 16 julio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16482-y

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.