Desenvolvimento de célula de deionização capacitiva com fluxo radial para abrandamento de água

• Processo: 23/08483-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Luis Augusto Martins Ruotolo
• Beneficiário: Bruno Gomes Martins Alves
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/15868-8 - Customizando a química de superfície de feltros de carvão ativado comercial visando obter eletrodos assimétricos para uso em deionização capacitiva, BE.EP.IC
• Assunto(s): Adsorção Carvão ativado Deionização capacitiva Desmineralização Reatores eletroquímicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: adsorção | carvão ativado | deionização capacitiva | Desmineralização | Reatores Eletroquímicos | Engenharia Eletroquímica

Resumo

O crescimento exponencial do interesse pela tecnologia de deionização capacitiva (DIC) tem sido motivado pelo seu baixo consumo energético e pela possibilidade de sua utilização para dessalinização e abrandamento da água. De forma similar a um supercapacitor, na DIC os íons são removidos e armazenados na dupla camada elétrica formanda quando dois eletrodos são submetidos a um campo elétrico. Neste projeto, a DIC será aplicada para o abrandamento da água empregando de uma célula de fluxo radial, a ser projetada e construída com base no conceito de "célula de permeação", desenvolvido em nosso grupo de pesquisa, e que combina as configurações flow-through e flow-by de maneira a alcançar elevadas eficiências e taxas de eletrossorção. Visando tornar essa célula comercialmente viável, será utilizado como eletrodo um feltro de carvão ativado comercial, com elevada área superficial específica e química de superfície apropriada para aplicações em DIC. Considerando a variação da transferência de massa e do tempo de residência ao longo do escoamento radial, propõe-se o estudo de dois padrões de escoamento: (i) do centro do eletrodo para sua extremidade (u ×) e (ii) da extremidade para o centro do eletrodo (u Ð). Para cada configuração, serão avaliados os efeitos da corrente aplicada e da vazão, permitindo assim avaliar o papel dos processos de transferência de carga e de massa sobre a eficiência de carga e a taxa de remoção de íons. A proposta da célula com fluxo radial vista também facilitar e reduzir o tempo da etapa de regeneração do eletrodo, diminuindo assim o tempo de ciclo eletrossorção/dessorção e aumentando a produtividade. Em uma outra vertente, porém complementar, detectou-se em testes preliminares a necessidade de criação de grupos funcionais de superfície no feltro de carbono visando criar cargas superficiais que minimizem o efeito de co-íons e que promovam uma melhoria do processo através do uso de eletrodos assimétricos. Propõe-se que esta etapa seja desenvolvida em colaboração com pesquisadores do exterior, através de um projeto BEPE/Fapesp.