Computational simulations of membrane separation processes: electrodialysis

Arriba una nova sessió dels 'EEBE Seminars on Computational Mechanics - Spring 2024', coordinats pels professors de l'Escola Lluís Jofre i Jose Muñoz.

En aquesta ocasió anirà a càrrec de Tamara León Oviedo,candidata a doctorat al Departament d'Enginyeria Química de la UPC, amb la ponència 'Computational simulations of membrane separation processes: electrodialysis.

Resum:

La separació, concentració i purificació d'espècies químiques presents en mescles són problemes importants en la indústria de processos químics. Recentment, s'han introduït mètodes innovadors que fan servir membranes semipermeables com a barreres de separació per complementar les tècniques convencionals de separació de masses. Els processos de membrana ofereixen avantatges significatius per a diverses aplicacions. Per exemple, l'electrodiàlisi s'utilitza àmpliament per a la dessalinització de l'aigua bruta i per al tractament d'aliments, productes farmacèutics i aigües residuals. L'electrodiàlisi és un procés de separació per membrana en què s'utilitzen membranes semipermeables carregades elèctricament (membranes d'intercanvi d'ions) i una diferència de potencial elèctric per separar espècies iòniques de solucions aquoses i altres components no carregats. Quan una solució aquosa que conté ions, com ara una solució salina, passa per cel·les d'electrodiàlisi i s'estableix un potencial elèctric, el transport iònic resultant provoca un augment de la concentració d'ions en compartiments alterns, mentre que els altres compartiments es buiden simultàniament. En aquest context, el transport de massa per als sistemes d'electrodiàlisi es descriu en el context del transport d'espècies iòniques a través de les membranes, que es produeix per difusió, electromigració i convecció. L'estudi del transport de massa en sistemes d'electrodiàlisi permet una millor comprensió d'aquesta tecnologia, tenint en compte que els esforços per monitoritzar el transport de massa no són suficients per descriure completament el transport a través dels diferents compartiments i per assenyalar possibles desviacions dels sistemes, com ara l'acumulació de concentració prop de les membranes. Aquestes acumulacions redueixen els fluxos d'ions i provoquen una disminució de l'eficiència del procés. En aquest seminari, es descriu el transport de massa en els sistemes d'electrodiàlisi i d'electrodiàlisi amb membranes bipolars utilitzant dominis 1-D i 2-D. L'electrodiàlisi amb membranes bipolars difereix de l'electrodiàlisi convencional per la presència de membranes bipolars, que generen una reacció de dissociació de l'aigua, amb fluxos d'ions protons i hidroxil dins del sistema. Es presenten models tant de règim temporal com estacionari, permetent l'avaluació dels fluxos a través de les membranes i l'evolució del camp elèctric.

Bio de la ponent:

Tamara León Oviedo és candidata a doctorat al Departament d'Enginyeria Química de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC). Es va graduar en Enginyeria Química a l'Escola Politècnica Nacional (Equador) el 2016 i va obtenir el seu màster en Processos d'Enginyeria Química a la Universitat Federal del Sud (Rússia) el 2020. Realitza la seva recerca com a membre del projecte H2020, SEArcularMINE. Va ser investigadora visitant al Radical Innovation Group a Vaasa, Finlàndia (2022) i investigadora visitant a la Universitat de Copenhaguen (2023). La seva recerca es centra en els processos de separació per membrana per a fluxos líquids, amb un èmfasi especial en els processos electromembranosos, la dessalinització i la modelització computacional de sistemes d'electrodiàlisi.