In this study, computational fluid dynamics (CFD) analysis was conducted to investigate the flow pattern and to find the occurrence of dead zones in an existing capacitive deionization (CDI) cell. Newly designed cells-specifically designed to avoid dead zones-were analyzed by CFD in accordance with the flow rates of 15, 25 and 35 ml/min. Next, the separation performances between the existing and newly designed cell were compared by conducting CDI experiments in terms of salt removal efficiency at the same flow rates. Then, the computational and experimental results were compared to each other. The salt removal efficiencies of the hexagon flow channel 1 (HFC1) and hexagon flow channel 2 (HFC2) were increased 88-124% at 15 ml/min and 49-50% at 25 ml/min, respectively. There was no difference between the existing cell and the foursquare flow cell (FFC) at 35 ml/min.
Capacitive deionization(CDI) has many advantages over other desalination technologies due to its low energy consumption, less environmental pollution and relative low fouling potential. The objectives of this study are evaluate the performance of CDI which can be used for dissolved salts removal from sewage. To identify ion selectivity of nitrate and phosphate in multiionic solutions and adsorption/desorption performance related to applied potential, a series of laboratory scale experiments were conducted using a CDI unit cell with activated carbon electrodes. The CDI process was able to achieve more than 75 % TDS and $NO_3{^-}$, $NH_4{^+}$ removals, while phosphate removal was 60.8 % and is inversely related in initial TDS and $HCO_3{^-}$ concentration. In continuous operation, increasing the inner cell pressure and reduction of TDS removal ability were investigated which are caused by inorganic scaling and biofouling. However a relative mild cleaning solution(5 % of citric acid for calcium scaling and 500 mg/L of NaOCl for organic fouling) restored the electrochemical adsorption capacity of the CDI unit to its initial level.
Yang Chun-Mo;Choi Woon-Hyuk;Cho Byung Won;Han Hak-Soo;Yun Kyung Suk;Cho Won Il
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.7
no.1
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pp.38-43
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2004
Porous carbon aerogel-silica gel composite materials were used as the electrodes of capacitive deionization(CDI) process, which were prepared by a paste rolling method. The electrochemical parameters such at current values, coulombs af a function of cycle, and CDI efficiencies were investigated for 10th and 100th cycles in 1,000ppm NaCl solution. Carbon aerogel-silica gel composite electrodes showed good wet-ability and higher mechanical strengths even under the NaCl solutions as well. In our experimented runs, all of the composite electrodes also are showed good cycle-ability without destroy of active material during cycles and decreased manufacturing times by $50\%$. Conclusively, the adding of silica gel powder to carbon aerogel leads to the effective performance of CDI process due to effective utilization of active materials by increasing the wet-ability and mechanical hardness.
Thamilselvan, Annadurai;Nesaraj, A Samson;Noel, Michael;James, E.J.
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.6
no.4
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pp.139-145
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2015
Capacitive deionization (CDI) process is a novel approach for desalination of an aqueous salt solution. In the present study, an activated carbon cloth (ACC) is proposed as effective electrode material. Initially the carbon cloth was activated in 1 M and 8 M HNO3 for 9 hours at room temperature. The untreated and chemically activated carbon cloth (ACC) electrode materials were subjected to BET surface area measurements in order to get information about their specific surface area, average pore size, total pore volume and micropore area. The above materials were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) also. The electrochemical studies for the electrodes were done using cyclic voltammetry (CV) in 0.1 M Na2SO4 medium. From the studies, it was found that resistivity of the activated carbon cloth electrodes (treated in 1 M and 8 M HNO3) was decreased significantly by the chemical oxidation in nitric acid at room temperature and its capacitance was found to be 90 F/g (1 M HNO3) and 154 F/g (8 M HNO3) respectively in 0.1 M Na2SO4 solution. The capacitive deionization behavior of a single cell CDI with activated carbon cloth electrodes was also studied and reported in this work.
Recently, various researches have been studied, such as water treatment, water reuse, and seawater desalination using CDI (Capacitive deionization) technology. Also, applications like MCDI (Membrane capacitive deionization), FCDI (Flow-capacitive deionization), and hybrid CDI have been actively studied. This study tried to investigate various factors by an experiment on the TDS (Total dissolved solids) removal characteristics using MCDI module in aqueous solution. As a result of the TDS concentration of feed water from 500 to 2,000 mg/L, the MCDI cell broke through faster when the higher TDS concentration. In the case of TDS concentration according to the various flow rate, 100 mL/min was stable. In addition, there was no significant difference in the desorption efficiency according to the TDS concentration and method of backwash water used for desorption. As a result of using concentrated water for desorption, stable adsorption efficiency was shown. In the case of the MCDI module, the ions of the bulk solution which is escaped from the MCDI cell to the spacer during the desorption process are more important than the concentration of ions during desorption. Therefore, the MCDI process can get a larger amount of treated water than the CDI process. Also, prepare a plan that can be operated insensitive to the TDS concentration of backwash water for desorption.
In this study, for the improvement of flow pattern with the CDI module that had the larger electrodes, it was designed with the rectangular type which is gradually wider from the inlet. Based on this, both the flow pattern of feed solution and dead zone were observed and the internal pressure, streaming line and velocity vector distribution were analyzed through the computational flow dynamics and compared with the experimental results. For all flow rates of 10, 20, 30 mL/min, there were no dead zones and the flow patterns were maintained constant. Therefore, it may be possible that the larger electrodes are applied to the CDI process.
Developing countries are areas where many problems arise from poor drinking water infrastructure. Developing countries often use groundwater as their primary source of drinking water, which causes problems. Among them, coastal areas are easily exposed to saltwater intrusion due to their geographical characteristics. Groundwater in areas exposed to saltwater intrusion has higher salinity than usual. If you continue to consume high salinity groundwater can cause a variety of fatal effects on the human body. Therefore, various alternatives have been proposed. This study explores the applicability of CDI(Capacitive Deionization) and RO(Reverse Osmosis) for water purification systems in areas where saltwater intrusion has occurred. Therefore, we will evaluate this by conducting water purification experiment. On the other hand, the supply of electricity is also important in the operation of water purification facilities. However, in many areas of developing countries, electricity is often not available. Therefore, this study intends to calculate the power consumption required for the actual use of the filter and to include it in the evaluation.
Desalination effects of Capacitive deionization(CDI) process using activated carbon $TiO_2$ composite electrode. In this study, we made the activated carbon electrod and activated carbon $TiO_2$ composite electrode, which analysed at cyclic voltammetry and charge-discharge. The results measured for discharge capacitance in cyclic voltammetry were 125 F/g in activated carbon electrode and capacitance of activatd carbon composite electrode was increased about two time, 243 F/g. The $TiO_2$ content of activated carbon composite electrode was 10 wt.%. When it was added wtih TiO2, electric double layer adsorption content was increased, so it was increased 25% in ion removal ratio of activated carbon electrode.
The adsorption characteristics of ions were evaluated for the nitrate-selective carbon electrode (NSCE) in accordance with power supply methods. The NSCE was fabricated by coating the surface of a carbon electrode with anion-exchange resin powders with high selectivity for the nitrate ion. Capacitive deionization (CDI) experiments were performed on a mixed solution of nitrate and chloride ion in constant voltage (CV) and constant current (CC) modes. The number of total adsorbed ions in CV mode was 15% greater than that in CC mode. The mole fraction of adsorbed nitrate ion showed the maximum 58%, though the mole fraction was 26% in the mixed solution. This indicates that the fabricated NSCE is highly effective for the selective adsorption of nitrate ions. The mole fraction of adsorbed nitrate was nearly constant value of 55-58% during the adsorption period in CC mode. In the case of CV mode, however, the values increased from the initial 30% to 58% at the end of adsorption. We confirmed that the current supplied to cell is important factor to determine the selective removal of nitrate.
Membrane capacitive deionization (MCDI) is a variation of the conventional CDI process that can improve desalination efficiency by employing an ion-exchange membrane (IEM) together with a porous carbon electrode. The IEM is a key component that greatly affects the performance of MCDI. In this study, we attempted to derive the optimal fabricating factors for IEMs that can significantly improve the desalination efficiency of MCDI. For this purpose, pore-filled IEMs (PFIEMs) were then fabricated by filling the pores of the PE porous support film with monomers and carrying out in-situ photopolymerization. As a result of the experiment, the prepared PFIEMs showed excellent electrochemical properties that can be applied to various desalination and energy conversion processes. In addition, through the correlation analysis between MCDI performance and membrane characteristic parameters, it was found that controlling the degree of crosslinking of the membranes and maximizing permselectivity within a sufficiently low level of membrane electrical resistance are the most desirable membrane fabricating condition for improving MCDI performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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