SA114350441B1 - نظام لتحلية ماء البحر - Google Patents

Abstract

نظام لتحلية ماء البحر Sea Water Desalination System الملخـــص يتعلق الاختراع الحالي بخلية كهروكيميائية electrochemical cell لمعالجة treating الماء تشتمل على واحد على الأقل من حجرة ماء water chamber مشكلة للاحتفاظ بالماء الذي ستتم معالجته؛ إلكترود أكسدة-اختزال redox electrode واحد على الأقل يشتمل على مواد متفاعلة reactants قادرة على قبول وإجراء تفاعل الأكسدة-الاختزال العكسيreversible redox reaction باستخدام أيون ion سالب واحد على الأقل موجود في الماء؛ إلكترود إقحام intercalation electrode واحد على الأقل قادر على استيعاب وإقحام intercalating أيون موجب واحد على الأقل موجود في الماء، حيث يكون إلكترود الإقحام مغموراً في حجرة الماء أو منفصلاً عن حجرة الماء بواسطة فاصل مسامي اختياري optional porous separator؛ وغشاء تبادل أنيوني anion exchange membrane يفصل إلكترود الأكسدة-الاختزال عن حجرة الماء. ويمكن أن تستخدم الخلية لتحلية الماء الذي يتضمن مدى واسع من مستويات الملوحة salinities، بما في ذلك ماء البحر، وماء مالح. ويمكن أن تستخدم الخلية أيضاً لجمع الملح salt، الذي يمكن أن يستخدم لاحقاً لترك

Description

١ ‏البحر‎ ela ‏نظام لتحلية‎

Sea water desalination system ‏الوصف الكامل‎ خلفية الاختراع يتعلق الاختراع الحالي عموماً بمجال تحلية ‎desalination‏ الماء المالح ‎¢salt water‏ وبشكل أكثر تحديداً يتعلق بطريقة كهروكيميائية ‎electrochemical method‏ لفصل الأملاح ‎salts‏ ‏عن ماء البحر ‎sea water‏ وتتعلق هذه الطريقة بتركيز محلول ملحي ‎brine concentration‏ وانتاج 0 ملح. ويعتبر أقل من ‎7١‏ من الماء الموجود على سطح الأرض مناسباً للاستهلاك المباشر من قبل البتشر وفي الصناعات. وتزود البحيرات والأنهار معظم الماء العذب السطحي ‎surface fresh‏ ‎ater‏ وتعاني العديد من الأماكن التي لا تتمتع بموقع جغرافي قريب من هذه الأنهار والبحيرات من شح الماء العذب. وبالرغم من أن نقل الماء العذب من البحيرات والأنهار خلال أنابيب طويلة وسحب الماء الجوفي العذب ‎underground fresh water‏ يعتبر من الحلول الشائعة؛ إلا أن هذه ‎٠‏ المصادر تصبح شحيحة مع مرور الزمن. وعادة .يتم تمثيل ملوحة ‎salinity‏ الماء من خلال مقدار إجمالي المواد الصلبة ‎total‏ ‎A ("TDS") dissolved solid‏ يتم التعبير عنه بوحدة ملغم/لتر من الأملاح الذائبة ‎salts‏ ‏0. وتتفاوت ملوحة ماء البحر من ‎7٠٠06١9‏ إلى 770080 ملغم/لترء ويعتبر المتوسط © ملغم/لتر مقبولاً كمقدار 105 في ماء البحر. وعموماً يعتبر الماء الذي يكون فيه مقدار ‎Vo‏ 2105 أكثر من ‎0-”7٠٠١‏ 00 شديد الملوحة للشرب. ولا يوجد تعريف مقيد للماء المالح ‎Brackish‏ ‎water‏ ويمكن أن تتراوح ملوحته؛ اعتمادأة على موقعه؛ من ‎٠000‏ إلى ‎TDS Fors‏ ويعبر الماء الذي يحتوي على ملوحة تتراوح من ‎ons‏ إلى ‎٠٠٠١‏ 708 قابلاً للشرب؛ ولكن عادة يكون له طعم قوي. ويعمل مزودو الماء في العالم على إبقاء مقدار ‎TDS‏ أقل من ‎٠0٠0‏ بالنسبة للماء العذب.

اس ويحتوي ماء البحر على العديد من جزيئات ‎species‏ الأملاح. ويحتوي ماء البحر في المتوسط على ‎You vv‏ ملغم/لتر من ‎(TDS‏ حيث يبلغ مقدار كلوريد الصوديوم ‎sodium chloride‏ 0 ملغم/لترء ويكون المقدار المتبقي الذي ‎200٠ aly‏ ملغم/لتر بشكل أولى عبارة عن أيونات صم كالسيوم ‎ccaleim‏ بوتاسيوم ‎potassium‏ مغنيسيوم «سةهعدع» والكبريتات ‎.sulfate ©‏ ويعتبر الحصول على الماء العذب من خلال تحلية الماء المالح وماء بحر من الممارسات القديمة. وتعتبر التحلية الحرارية ‎we thermal distillation‏ أقدم الطرق المستخدمة لتحلية ‎distillation‏ ماء البحر على أساس تجاري؛ واستمر استخدام طرق التحلية المطورة إلى اليوم. حيث تتضمن العملية تقطير ‎distilling‏ الماء المالح وتكثيف ‎condensing‏ بخار الماء للحصول على ‎٠‏ الماء العذب. إلا أنه من الممكن الحصول على ماء عذب بنقاوة ‎purity‏ تصل ‎Sie‏ إلى أقل من ‎TDS Yo‏ باستخدام التقطير ‎cdistilation‏ إلا أنه تعتبر من الطرق التي تستهلك الطاقة بكثافة ‎energy-intensive process‏ نظراً إلى الحرارة النوعية ‎specific heat‏ والحرارة الكامنة ‎latent heat‏ الكبيرة اللازمة لتبخير ‎vaporization‏ الماء . ولذلك؛ فإنه من المجدي تجارياً في الأماكن التي يتوفر فيها الكثير من الحرارة المهدورة ‎Se cwaste heat‏ بالقرب من محطات الطاقة ‎power‏ ‎lly ¢plants Vo‏ يكون الماء العذب فيها شحيحاً لأسباب طبيعية؛ ‎Mie‏ المناطق الساحلية القاحلة ‎Jie‏ ‏الخليج الفارسي؛ أو في الأماكن التي تتوفر فيها الطاقة بشكل زهيد؛ مثل الشرق الأوسط. وتتضمن التقنيات الحديثة في التقطير الحراري عدة مراحل للإيماض ‎multistage flash‏ (1577) والتقطير متعدد التأثير ‎(MED) 0010-6056) distilation‏ ولأنه يتوجب ‎sale)‏ استخدام الحرارة الناتجة من تكثيف ‎condensation‏ بخار الماء من أجل جعل تكلفة عمليات التقطير ‎lad‏ ‎Ye‏ فإن الترتيبات ‎arrangements‏ الميكانيكية الحرارية ‎thermo-mechanical‏ تعتبر ‎Aulus‏ في هذه العمليات. إضافة إلى ذلك؛ نظراً إلى التكلفة الحرارية الإضافية؛ فإن منشآت التقطير الكبيرة جداً هي فقط التي تحقق فعالية طاقة جيدة. وعموماً؛ يتراوح استهلاك الطاقة من © إلى 4 كيلو ‎Tokay‏ ‏في المنشآت الكبيرة. وتستخدم عملية التناضح العكسي ‎('RO") reverse osmosis‏ أغشية ‎membranes‏ _شبه ‎YO‏ منفذة ‎semipermeable‏ وقوة هيدروليكية ‎hydraulic force‏ دافعة تتراوح من ‎١5١‏ إلى ‎Yeo‏ ‏رطل/بوصة" لإزالة المواد الصلبة الذائبة من الماء المالح أو ماء البحر. وعند الضغط العالي؛

تتحرك جزئيات الماء خلال الغشاء بينما تتحرك أيونات الملح بمعدل يبلغ أضعاف مقدار الماء. وبالتالي؛ تتم إزالة أغلبية الأملاح بواسطة التناضح العكسي 80. وبشكل عام؛ تتطلب الملوحة العالية قيم ضغط عالية للتحلية؛ ‎ales‏ تستخدم مراحل ضغط متعددة لدفع الماء خلال غشاء ‎RO‏ ‏إلا أن عملية التناضح العكسي ‎RO‏ تعتبر ذات تكلفة عالية؛ وبشكل نموذجي؛ تتطلب تحلية ماء 0 البحر طاقة تتراوح من © إلى ‎٠١‏ كيلو واط/م' باستخدام عملية التناضح العكسي 80. كذلك؛ بسبب تدفق كتلة الماء خلال الغشاء؛ فإنه من الممكن أن تعمل الجسيمات ‎particulates‏ والشوائب ‎impurities‏ الأخرى الموجودة في ماء التغذية ‎feed water‏ على سد ‎clog‏ وتلويث ‎foul‏ الغشاء إلا إذا تمت معالجة الماء ‎pre-treated‏ بحذر بشكل مسبق. وتتضمن العمليات الأخرى التي يتم أجراءها باستخدام ‎RO‏ مشاكل أخرى ‎Jian‏ في تكلفة التركيب ورأس المال المرتفعين. بالإضافة إلى ‎٠‏ ذلك؛ نتيجة لضغط الدفع ‎driving pressure‏ العالي في الجانب الأمامي لغشاء التناضح العكسي ‎«RO‏ والضغط الخلفي المنخفض المقابل؛ فإنه ليس من غير المألوف أن يذهب أكثر من 71760 من

ماء التغذية إلى التيار المنصرف ‎waste stream‏ أثناء عملية التناضح العكسي ‎RO‏ ‏ومن بين تقنيات التحلية الحديثة؛ تم استخدام طرق كهروكيميائية ‎electrochemical‏ حيث تتمثل إحدى الطرق الكهروكيميائية في الديلزة الكهربائية ‎As ("ED") electrodialysis‏ عبارة عن ‎VO‏ عملية لغشاء ‎hay‏ بالفلطيةة ‎.voltage-driven membrane‏ ويُستخدم الجهد الكهربائتي ‎electric‏ ‎potential‏ لتحريك الأملاح خلال ‎elie‏ لتترك الماء العذب بصفته منتج. وتنتفع عملية ‎ED‏ من كون معظم الأملاح الذائبة في الماء عبارة عن أيونات ‎dons‏ حيث تكون أما ذات شحنة موجبة أو سالبة. ولأن الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المتشابهة تنجذب إلى بعضها البعض؛ تنتقل الأيونات_ باتجاه الإلكترودات ‎electrodes‏ التي لها شحنة معاكسة. ويمكن إعداد الأغشية ‎Ye‏ #عمضطصت_المناسبة بحيث تتيح التمرير الانتقائي ‎selective passage‏ للأيونات الموجبة أو السالبة. ‎Ay‏ محلول ملحي ‎saline solution‏ تنتقل الأيونات الذائبة ‎Jie‏ الصوديوم ‎sodium‏ ‏الشحنة الموجبة والكلور ‎chloride‏ سالب الشحنة إلى الإلكترودات ‎electrodes‏ ذات الشحنة المعاكسة؛ حيث تمر من خلال الأغشية المختارة التي تتيح مرور إما الكاتيونات ‎cations‏ أو الأنيونات ‎canions‏ ولكن ليس كليهما؛ من خلالها. وأثناء عملية الديلزة الكهربائية ‎ED‏ يتم تخفيف ‎Yo‏ المحتوى ‎ald)‏ في قناة الماء, بينما تتشكل المحاليل المركزة ‎Concentrated‏ عند الإلكترودات. ‎A‏ وحدة ديلزة كهربائية ‎ED unit‏ يتم ترتيب الأغشية ‎sale‏ بنمط متتاوب ‎calternating pattern‏

غشاء انتقائي للأنيونات ‎anion-selective membrane‏ يليه غشاء انتقائي للكاتيونات ‎cation‏ ‎selective membrane‏ وتتشكل المحاليل المركزة والمخففة في الحيز الذي يقع بين الأغشية المتناوبة ‎membranes‏ عتناد«عالهة» ويطلق على الحيز المحدود بغشاءين خلية ا(ه. وتتألف وحدات ‎ED‏ النموذجية من عدة مئات من الخلايا المرتبطة ببعضها باستخدام الإلكترودات؛ ويشار ‎٠‏ إليها بالرصيص ‎stack‏ ويمر ماء التغذية من خلال كل الخلايا بشكل متزامن لتزويد تدفق مستمر ‎Wl continuous flow‏ المحلى ‎desalinated water‏ وتيار ثابت من الناتج المركز

‎concentrate‏ (المحلول الملحي ‎(brine‏ من الرصيص. ومن أشكال عملية ‎ED‏ عملية تسمى بعملية الديلزة الكهربائية المعاكسة ‎electrodialysis‏ ‎("EDR") reversal‏ التي يتم تشغيلها بنفس ‎Taal)‏ العام الخاص بوحدة ‎(BD‏ باستثناء أن كل من ‎٠‏ قنوات المنتج وناتج التركيز تكون متماثلة البنية. وعلى فترات لعدة مرات في ساعة؛ تُعكس قطبية ‎polarity‏ الإلكترودات؛ الأمر الذي يؤدي إلى انجذاب الأيونات بالاتجاه المعاكس عبر الأغشية. ومباشرة بعد الانعكاس» تتم إزالة الماء الناتج إلى أن يتم تنظيف ‎flushed out‏ الخطوط واستعادة جودة ‎quality‏ الماء المرغوبة. ويستغرق التنظيف بضع ثوان فقط قبل مواصلة إنتاج الماء. وتعتبر العملية العكسية ‎Sade‏ في تكسير القشور ‎scales‏ الناتجة من التنظيف»؛ الوحل ‎Byes slimes‏ من ‎Vo‏ الرواسب ‎deposits‏ في الخلايا قبل أن يسبب تجمعها تأثيرات سلبية. ويساعد التنظيف في التقليل من مشكلة تلوث الغشاء. ولأن تدرج تركيز ‎concentration gradient‏ الأملاح يلعب دوراً ‎loge‏ في بنية الغشاء ثنائي القطب هذه؛ ترتفع الفلطية اللازمة للمحافظة على التدرج مع ارتفاع مقدار التدرج. إلا أنه لا يمكن رفع الفلطية إلى أعلى من فلطية التحلل الكهربائي للماء؛ والتي تبلغ أكثر من ‎dal ١,7‏ ولذلك فإن المقدار الأقصى للملوحة التي تعمل 201/80 عنده يعتبر محدود. ‎Yo‏ وتتيجة لذلك؛ تستخدم هذه التقنية عادة لتحلية الماء المالح؛ وليس الماء مرتفع الملوحة مثل ‎slo‏

‏البحر. ‏ويكون نزع ‎ls)‏ الوسعي ‎('CD) Capacitive Deionization‏ عبارة عن ‎ike‏ ‏امتصاص كهربائي ‎electrosorption‏ حيث تتم إزالة الأيونات من الماء المالح باستخدام تدرج مجال ‎electric field gradient (Sb jes‏ بصفته القوة الدافعة ‎force‏ ع0:70. ويتدفق تيار التغذية المالح ‎Yo‏ خلال الإلكترودات التي تتألف من مواد ‎Jie‏ مركبات هلامية ‎acrogels‏ أساسها الكربون. ويكون للمركبات الهلامية الهوائية هذه مساحة سطحية مرتفعة؛ تتزاوح بشكل نموذجي من ‎Een‏ إلى

‎٠‏ عم"/غمء؛ الأمر الذي يسهم في سعة للشحنة أكبر من اللوح المسطح البسيط. وينقل تيار مستمرء؛ بفرق جهد يتراوح من ‎١‏ إلى ‎all ١‏ وتنجذب الكاتيونات إلى الإلكترود الأنودي؛ وتنجذب الأنيونات إلى الإلكترود الكاثودي. وتبقى الأيونات عند سطح الإلكترود في طبقة كهربائية مزدوجة ‎.electric double layer‏ وبإمكان هذه التقنية أن تعمل على تحلية الماء المالح الذي يتضمن ملوحة © أولية تتراوح من ‎٠0080‏ إلى 5000 ‎TDS‏ لتصل إلى أقل من + © ‎(TDS‏ بحيث يصبح صالحاً للشرب. وباستخدام تصميم جيد للنظام» بشكل نموذجي؛ يمكن استعادة 7976 من طاقة التعبئة المخزنة في عملية التفريغ. ونتيجة لذلك؛ يكون صافي استهلاك الطاقة في نزع الأيونات الوسعي ‎CD Capacitive Deionization‏ أقل من ‎١#‏ كيلو واط/م '. ومع ذلك؛ لا يمكن تحلية الماء الذي يحتوي على ملوحة تصل إلى أكثر من حوالي ‎TDS 400١9‏ باستخدام هذه العملية؛ بما أن تدرج ‎٠‏ التركيز ‎je‏ المجال الوسعي ‎capacitive field‏ يكون ‎HIS‏ بحيث لا ‎Sa‏ فصله عن طريق تطبيق القوة الكهربائية الساكنة ‎.clectrostatic force‏ ومن أمثلة تقنيات نزع الأيونات الوسعي تلك المكشوف عنها في براءة الاختراع الأوروبية رقم 7747775 حيث تتضمن الطريقة وفقاً لهذه الوثيقة نزع الأيونات من المائع عن طريق جعل المائع الداخل يتدفق خلال مسار تدفق محدد بواسطة حاجزين للشحنات ‎Jf‏ وثان؛ نقل أنيون أول ‎ge Vo‏ المائع المتدفق إلى الداخل إلى الكتروليت أول يقع على جانب حاجز الشحنات الأول المقابل للمائع المتدفق إلى الداخل؛ ملامسة الالكتروليت مع مادة الكترود أولى لتشكيل مادة الكترود أولى مؤكسدة؛ نقل كاتيون ‎J‏ من المائع المتدفق الداخل إلى الكتروليت ثان؛ يقع على جانب ‎Sala‏ ‏الشحنات الثاني المقابل للمائع المتدفق إلى الداخل؛ وامتزاز الكاتيون الثاني على مادة الالكترود الثانية من أجل نزع الأيونات من المائع. ‎Ye‏ وكما وصف أعلاه؛ تتضمن تقنيات التحلية المختلفة الموجودة العديد من المزايا والعيوب. فعلى سبيل المثال؛ بالرغم من أن تقنيتي ‎CD‏ و ‎BD‏ تعتبر فعالة من ناحية الطاقة ويمكن تحجيمها لوحدات صغيرة بشكل تجاري؛ إلا أنها لا تعتبر مناسبة لتحلية ماء البحر. ويمكن استخدام التناضح العكسي ‎RO‏ والتقطير الحراري ‎MED Jie‏ و ‎MSF‏ لتحلية ماء البحرء إلا أنها تتطلب الكثير من الطاقة ولا يمكن تصميها بحجم مجدي تجارياً. ولتجنب أوجه القصور هذه وغيرهاء فقد كشف عن ‎Yo‏ طريقة تحلية كهروكيميائية جيدة ذات فعالية عالية؛ ‎ALB‏ للتحجيم بشكل عال؛ وهي فعالة لتحلية الماء مرتفع الملوحة مثل ماء البحر. ل

الوصف العام للاختراع يهدف الاختراع الحالي إلى تزويد طريقة للتحلية الكهروكيميائية ‎clectrochemical‏ ‎desalination‏ بفعالية عالية للطاقة وقابلية تحجيم ‎scalability‏ عالية تعمل على مدى من مستويات الملوحة ‎La salinities‏ في ذلك مستويات الملوحة العالية مثل ماء البحر. ويهدف الاختراع الحالي © أيضاً إلى تزويد طريقة تحلية كهروكيميائية؛ يمكن أن تستخدم لتركيز محلول ملحي لتطبيقات أخرى بطريقة قابلة للتحجيم وتكلفة فعالة. ونتيجة ‎lA‏ فقد كشف عن خلية كهروكيميائية ‎electrochemical cell‏ لمعالجة ‎treating‏ ‏الماء حيث تفصل أيونات الملح الموجبة والسالبة عن ‎cele)‏ ويتم اختزالها ‎reduced‏ أو أكسدتها ‎oxidized‏ عند الإلكترودات المعنية؛ وتكون ‎YER 3 gall‏ فيزيائياً ممتصة ‎cabsorbed‏ ممتزة ‎adsorbed ٠‏ أو مقحمة ‎intercalated‏ كنتيجة لتطبيق الفلطية ‎voltage‏ المناسبة. وقد كشف أيضاً عن طرق لإزالة الأملاح ‎removing salts‏ باستخدام الخلية الكهروكيميائية هذه. وتوضح الرسوم المرافقة المدمجة والتي تشكل جزء من هذه المواصفة؛ العديد من تجسيدات الاختراع التمثيلية وتشرح» مع وصفهاء مبادئ الاختراع. ‎Vo‏ شرح مختصر للرسومات الشكل ‎١‏ : عبارة عن مخطط يبين البنيات البلورية ‎crystalline structures‏ ل ‎MnO2‏ ‏الرئيسية. ‏الشكل ‎١‏ : مخطط القياس الفلطي الدوري ‎cyclovoltammogram‏ ل ‎Na-MnO2‏ لأشكال بلورية مختلفة ‎J‏ 2 .. ‎٠٠‏ الشكل ؟ : عبارة عن تمثيل لجهاز التحلية ‎desalination device‏ الذي كشف عنه في وضع التحلية ‎desalination mode‏ (التعبثة ‎-(charging‏ ‎Jal‏ ؛ : ‎Ble‏ عن ‎JAS‏ لجهاز التحلية الذي كشف عنه في وضع التركيز ‎concentration mode‏ (التفريغ ‎(discharging‏ .

-- الوصف التفصيلي: ‎WS‏ استخدم ‎ls‏ يقصد بمصطلح 'تحلية ‎"desalination‏ أو أشكالها المتنوعة إزالة الأيونات ‎jons‏ المفردة؛ ‎Jie‏ 1757 و ‎CT‏ من مصدر ماء أولي ‎initial water source‏ بحيث تكون ملوحة الماء المحلى ‎desalinated‏ أقل من ملوحة مصدر الماء الأولي. ‎LS 5‏ استخدم ‎(la‏ يقصد ب "إضافة الملوحة ‎resalination‏ وأشكالها المتنوعة إضافة الأيونات المفردة؛ ‎Jie‏ 1087 و ‎CT‏ إلى مصدر الماء الأولي بحيث تكون ملوحة الماء الذي أضيفت إليه الملوحة أكبر من ملوحة مصدر الماء الأولي. وكما استخدم هناء يقصد ب "خلية كهروكيميائية ‎"electrochemical cell‏ وأشكالها المتنوعة جهاز قادر على تسهيل التفاعلات الكيميائية ‎chemical reactions‏ من خلال إدخال الطاقة

.electrical energy ‏الكهربائية‎ ٠

وكما استخدم هناء يقصد ب "إلكترود إقحام ‎"intercalation electrode‏ وأشكاله المتنوعة مادة فعالة كهربائياً ‎electro-active‏ تعمل كمادة صلبة مضيفة ‎host‏ يتم ‎lead‏ إقحام عكسي ‎reversibly‏ ‎intercalated‏ لجزيئات أيونية زائرة ‎guest‏ من الإلكتروليت ©1را16000©. ويمكن أن يتضمن إلكترود الإقحام صراحة أو بطبيعته مجموع تيار موصل ‎conductive current collector‏ يعمل على تسهيل

.electron transfer ‏لإلكتروني‎ ١ ‏الانتقال‎ - ١

وكما استخدم هناء يقصد ب "إلكترود الأكسدة-الاختزال ‎redox electrode‏ " وأشكاله المتنوعة حجم من محلول ملحي بإمكانه تغيير حالة الأكسدة ‎oxidation‏ فيه نتيجة للأيون السالب من الماء الملحي الداخل إلى حيز إلكترود الأكسدة-الاختزال. ويمكن أن يحتوي إلكترود الأكسدة-الاختزال بصراحة أو بطبيعته على مجمع تيار موصل يعمل على تسهيل الانتقال الإلكتروني.

7 ويتعلق الاختراع» في العديد من التجسيدات ‎RE‏ بطرق للتحلية الكهروكيميائية ‎electrochemical desalination‏ التي تتضمن فعالية طاقة عالية وقابلية تحجيم ‎scalability‏ عالية؛ ‎(Says‏ استخدامها لتحلية ‎desalinate‏ الماء الذي يحتوي على درجة متفاوتة من مستويات الملوحة ‎csalinitios‏ من الملوحة المرتفعة؛ ‎Jie‏ ماء البحرء إلى ملوحة أقل؛ ‎Se‏ الماء المالح.

وقد كشف أيضاً عن خلية كهروكيميائية لمعالجة الماء؛ مثلاً لتحلية الماء. وفي أحد التجسيدات؛ تشتمل الخلية الكهروكيميائية على إلكترود الأكسدة-الاختزال واحد على الأقل يشتمل

على مواد ‎reactants Ale lie‏ قادرة على تخزين أيونات سالبة بتفاعل الأكسدة-الاختزال عكسي من بين المواد المتفاعلة. ويتمثل أحد الأمثلة غير المحدودة على إلكترود الأكسدة-الاختزال في إلكترود يشتمل على مواد متفاعلة قادرة على إجراء تفاعل الأكسدة-الاختزال حديدوز 100109-حديديك ‎ferric‏ ‎o‏ وفي أحد التجسيدات؛ تشتمل الخلية الكهروكيميائية على إلكترود إقحام بلوري ‎crystalline‏ ‎intercalation electrode‏ واحد على الأقل قادر على استيعاب الأيون الموجب؛ على سبيل ‎JE‏ ‏إلكترود إقحام يشتمل على ‎SB‏ أكسيد المنغنيز ‎manganese dioxide‏ ويمكن أن يتخذ ثاني أكسيد المنغنيز أشكال بلورية ‎cowie‏ بما في ذلك الأشكال 0 (ألفا مطدلة) م ‎(beta Gy)‏ 7 (غاما ‎«(gamma‏ § (دلتا ‎¢(delta‏ و ‎A‏ (لامدا ‎(lambda‏ وكما يبين الشكل ‎oF‏ يتضمن الشكل ألفا مجاري ‎tunnels ٠‏ أحادية البعد ‎cone-dimensional‏ ويتضمن الشكل دلتا مركب بطبقات ثنائية الأبعاد ‎two-‏ ‏ل10105:0ل. وفي أحد التجسيدات؛ يكون لثاني أكسيد المنغنيز شكل بلوري يعمل على تكبير المقحمات؛ ‎Jie‏ الشكل ألفا والشكل دلتا. وفي وسط مائي؛ تتفكك الأملاح إلى أيونات موجبة (كاتيونات ‎(“cations‏ وأيونات سالبة (”أنيونات ‎("anions‏ ويمكن أن تنقل الأيونات بشكل انتقائي من حيز مائي إلى آخر من خلال ‎Vo‏ غشاء ملائم بتسليط مجال كهربائي ملائم. وتحت تأثير المجال الكهربائي؛ تتحرك الأنيونات والكاتيونات في اتجاهات متعاكسة؛ كل منها باتجاه الإلكترود ذي الشحنة المعاكسة. وتسمى الأغشية التي تسمح انتقائياً بمرور الأنيونات ‎anions‏ بشكل أولي من خلالها؛ ولكن تعيق انتقال الكاتيونات بأغشية تبادل أيوني للأنيونات ‎(AEM) anionic jon exchange membranes‏ وتشتمل الخلية الكهروكيميائية الموصوفة هنا أيضاً على غشاء تبادل أنيوني؛ له ثبات كيميائي وميكانيكي ‎Yo‏ جيدء بالإضافة إلى انتقال بروتوني ‎proton‏ منخفض. وفي أحد التجسيدات؛ يكون غشاء التبادل الأنيوني عبارة عن ‎Fumasep® FAB‏ (من شركة ‎(FuMA-Tech GmbH‏ ألمانيا). وفي أحد التجسيدات؛ تشتمل الخلية الكهروكيميائية على حجرة ماء واحدة على الأقل مشكلة للاحتفاظ بالماء الذي ستتم معالجته؛ على سبيل المثال تحليته أو إضافة ملوحة إليه. وفي العديد من التجسيدات؛ يشتمل الماء الذي ستتم تحليته على ماء بملوحة تبلغ ‎50٠0‏ ملغم/لتر على ‎YO‏ الأقل؛ مثلاً تتراوح ملوحته من ‎٠٠٠١‏ إلى ‎TO ve‏ ملغم/لتر. وفي تجسيد ‎«GAT‏ يشتمل الماء الذي ل ye

ستضاف إليه ملوحة على ماء تبلغ الملوحة فيه أقل من ‎50٠0‏ ملغم/لتر؛ مثلاً تبلغ ملوحته أقل من ‎٠‏ ملغم/لتر أو حتى أقل من ‎ov‏ ملغم/لتر.

وفي أحد التجسيدات؛ تشتمل الخلية الكهروكيميائية أيضاً على مزود للقدرةبامردرن؟ ‎power‏ ‏قادر على تسليط فلطية ‎voltage‏ كافية لجعل إلكترود الأكسدة -الاختزال ‎redox electrode‏ موجباً

أكثر من الكترود الإقحام ‎Jintercalation electrode‏

‎Jas,‏ الخلية الكهروكيميائية اختيارياً على العديد من المخارج ‎outlets‏ أو الحجرات التي يمكن أن تستخدم اعتماداً على الاستخدام النهائي ‎Jad cond-use‏ سبيل المثال؛ يمكن أن تشتمل الخلية على مخرج واحد على الأقل لإزالة الماء المعالج. ‎Say‏ أيضاً أن تشتمل الخلية الكهروكيميائية على حجرة واحدة على الأقل لجمع الملح.

‎١‏ وقد كشف أيضاً عن طريقة لتحلية ‎coll‏ حيث تشتمل على ماء متدفق له ملوحة تبلغ أقل من ‎2٠٠0‏ ملغم/لتر؛ مثلاً تتراوح ملوحته من ‎٠٠٠١‏ إلى 780806 ‎«fale‏ يتدفق خلال خلية تحلية كهروكيميائية تشتمل على: إلكترود الأكسدة-الاختزال واحد على الأقل يشتمل على مواد متفاعلة قادرة على تخزين أيون سالب بتفاعل اختزال وأكسدة عكسي بين المواد المتفاعلة؛ إلكترود إقحام بلوري ‎crystalline intercalation electrode‏ واحد على الأقل قادر على استيعاب الأيونات

‎Vo‏ الموجبة؛ وغشاء تبادل أنيوني لإنتاج ماء معالج بملوحة تبلغ أقل من ‎٠0٠0‏ ملغم/لترء مثلاً تبلغ ملوحته أقل من ‎You‏ ملغم/لترء أقل من ‎٠٠١‏ ملغم/لترء أو أقل من ‎٠‏ ملغم/لتر. وفي أحد التجسيدات؛ تستخدم الطريقة العديد من اللوغاريتمات للتحكم بتدفق المواد إلى الخلية و/أو إلى خارجها. ‎Jad‏ سبيل المثال؛ يمكن أن تستخدم الطريقة خوارزمية ‎algorithm‏ للتحكم بشكل كامل أو جزئي بتدفق المواد المتفاعلة أو الماء الذي ستتم معالجته إلى الخلية و/أو إلى خارجها.

‏9 وفي أحد التجسيدات؛ تشتمل الطريقة أيضاً على إضافة الملح إلى النظام المحلى سابقاً6 عن طريق وصل إلكترود الأكسدة- لاختزال والكترود الإقحام بحمل إلكتروني ‎electronic load‏ وفي هذا التجسيد؛ تزود خطوة التحلية الطاقة إلى الحمل الإلكتروني.

‏ويمكن أن تشتمل الطريقة على تسليط فلطية مع مزود قدرة كافية لجعل إلكترود الأكسدة- الاختزال موجباً أكثر من إلكترود الإقحام.

‎electrochemical ‏يزود الاختراع الحالي خلية تحلية كهروكيميائية‎ dale ‏وكما ذكر‎ Yo

‎«desalination cell‏ وطريقة لاستخدامها لتركيز محلول ملحي ‎brine‏ لتطبيقات أخرى بطريقة قابلة ل

-١١- ‏وفعالة من ناحية التكلفة. وفي هذا التجسيد؛ تشتمل الطريقة أيضاً على جمع‎ scalable ‏للتحجيم‎ ‏الملح الذي أزيل بواسطة عملية التحلية؛ وإضافة الملح الذي جمع إلى محلول ملحي صناعي‎ ‏لزيادة تركيزه.‎ industrial brine ‏وفيما يلي شرح أكثر تفصيلاً؛ لكنه لا يحد من الاختراع؛ لمخططات العملية والتفاعل التي‎ ‏يقوم عليها الاختراع الحالي.‎ © ‏تفاعل الأكسدة-الاختزال عند إلكترود الأكسدة-الاختزال‎ ‏أدناه:‎ ١ ‏يمكن تمثيل تفاعل الإلكترود بواسطة مخطط التفاعل‎ ١ ‏مخطط التفاعل‎ ‏أثناء الأكسدة؛ و‎ CI + FeCl, — FeCl; + © ‏أثناء الاختزال.‎ FeCl; + > — CI + FeCl ٠١ ‏فلط.‎ ١,١7 ‏حوالي‎ ١ ‏ويكون الجهد الكهربائي بمخطط التفاعل‎

HCL ‏جزيثي. ويتراوح تركيز‎ ١ ‏جزيئي إلى حوالي‎ 0,١ ‏من حوالي‎ FeCl ‏ويتراوح تركيز‎

FeCl ‏من حوالي ١.٠جزيئي إلى حوالي ¥ جزيئي. وفي أحد التجسيدات التمثيلية؛ استخدم محلول‎ ‏جزيئي.‎ ١0١ ‏تركيزه‎ HCL ‏جزيئي في‎ ١ ‏تركيزه‎ ‏متراكمات الصوديوم في صفيف ثاني أكسيد المنغنيز‎ Yo ‏تل كل‎ «Na ‏مثل‎ cwater-reactive ions ‏الفلزات التي تتضمن أيونات تتفاعل مع الماء‎ ‏إلى جهدها‎ abla ‏على الإلكترودات في المحاليل المائية‎ plated ‏“ع *له©؛ لا يمكن أن تطلى‎ ‏هذه‎ Al ‏فإن أي محاولة‎ lll ‏ونتيجة‎ Jal electrochemical potential ‏الكهروكيميائي‎ ‏الفلزات على إلكترود سالب في خلية كهروكيميائية يمكن أن ينتج عنه تفاعل مع الماء وإنتاج غاز‎ ‏الأيونات بشكل‎ A ‏ولذلك؛ لا يمكن‎ metal plating ‏الهيدروجين؛ بدلا من الطلاء الفلزي‎ Ye ‏كهروكيميائي من المحلول المائي عن طريق الطلاء. ولكن؛ يمكن أن يتم إقحام بعض من أيونات‎ ‏أكسيد‎ SB ‏فلزات المجوعة 1 و ]1 في مركب فلزي انتقالي مناسب؛ حيث تعزل عن الماء. ويعتبر‎ ‏ولكن؛ لا‎ MnO; ‏أحد هذه الأنظمة الشائعة؛ وقد وضح إقحام 1107 و 16 في‎ (MnO,) ‏المنغنيز‎ ‏مخطط يبين‎ ١ ‏الشكل‎ Jia ‏البلورية إقحام فلزات قاعدية بشكل جيد جداً.‎ MnO, ‏يمكن لكل أشكال‎ ‏التي تعتبر مفضلة في‎ MnO, ‏ويبين الشكل ١؛ أشكال ألفا ودلتا ل‎ MnO, ‏بنيات بلورية كبيرة من‎ Yo ‏أحد تجسيدات الاختراع الحالي.‎ ‏ل‎ yy ‏أدناه:‎ oF ‏عن طريق مخطط التفاعل‎ MnO; Nat ‏التفاعل العام للإقحام‎ Jia ‏ويمكن‎ ‏مخطط التفاعل ؟:‎ ‏للإقحام؛ و‎ Na* + MnO; + ¢ — Na,(MnO»), ‏(ومصا)يد11 لإزالة المقحمات.‎ — Na" + MnO, + ‏ن‎

° ويعتبر مخطط التفاعل ؟ زائف السعة ‎pseudo-capacitive‏ في الطبيعة؛ بما أنه يتعامل مع شحنات أيونية جزئية. علاوة على ذلك؛ لا يتضمن مخطط التفاعل 7 جهد للإلكترود وفقاً لمعايير نيرنستيان ‎Nernstian‏ بشكل بحت.

ويمتل الشكل ‎١‏ مخطط القياس الفلطي الدوري ل ‎Na-MnO,‏ لأشكال بلورية مختلفة من 0. وقد سجلت النقاط المرجعية بين صفر و ‎٠١‏ مقابل الإلكترود المرجعي» قطب كالومل ‎٠‏ المشبع ‎¢(SCE)‏ في محلول مائي من ,114.50 تركيزه ‎١,١‏ جزيئي عند معدل مسح بلغ ‎٠١‏ ملي فلط/ثانية. ويحدث معظم الإقحام بين ‎١,١‏ فلط و ‎١,9‏ فلط» كما يبين الشكل 7. ومن المقبول عموماً إمكانية عكس إقحام ‎All)‏ مقحمات 1407 و ‎KT‏ في ومن صفيف ‎Sk 100: matrix MnO;‏ خلال عدد كبير من الدورات. وقد استغلت هذه الخاصية في الاختراع الحالي. وبالرغم من أنه قد تم الكشف عن أشكال بلورية من :1000 معينة هناء إلا أنه 5 .من المفهوم أن التجسيدات الأخرى يمكن أن تستخدم بلورات أخرى لإقحام ‎Nat‏ و 16. وفي الحقيقة؛. إن أي مركب بإمكانه استضافة أيونات ‎Na‏ أو 16 عند جهد كهروكيميائي بفضل الإقحام يعتبر مناسباً لاستخدام في الطريقة المكشوف عنها. وعلى سبيل ‎(Ji‏ تتضمن بلورات الجهد الأخرى؛ على سبيل المثال لا الحصرء ‎(LiMn;‏ مركبات فسفات الحديد؛ تراكيب سبيكية من أكاسيد فلزية انتقالية. ‎٠‏ وسيتضح الاختراع الحالي بشكل أكثر من خلال الأمثلة غير المحددة التالية؛ التي يراد منها أن تكون تمثيلية للاختراع لا أكثر. المثال ‎.١‏ خلية كهروكيميائية للتحلية تفاعل أكسدة-اختزال حديدوز إلى كلوريد الحديديك تمت أكسدة محلول ماء بتركيز بلغ ‎١١‏ جزيئي من كلوريد الحديدوز في ‎HCL‏ بتركيز ‎٠.١‏ ‎Yo‏ جزيثي إلى كلوريد حديدك باستخدام أيون الكلور ‎(CI)‏ الذي ينتشر خلال غشاء تحت تأثير جهد ل

١ ‏كهربائي. واختزل كلوريد الحديديك إلى كلوريد الحديدوز بطريقة مفضلة قوية عن طريق التخلي عن‎ ‏أيون 1©؛ التي ينتشر خلال الغشاء.‎ ‏غشاء تبادل أيوني للأنيونات‎ «FuMA-Tech GmbH ‏(من شركة‎ Fumasep® FAB ‏استخدم غشاء تبادل أنيوني من نوع‎ ١ ‏ألمانيا)؛ الذي تصل انتقائيته للأنيونات أكثر من 797 وله مقاومة كهربائية تبلغ أقل من‎ ‏مم.‎ ١١ ‏وتبلغ سماكته‎ AY ‏إلى‎ ١ ‏تتراوح من‎ pH ‏أوم/سم"؛ ويكون مستقراً عند درجة حموضة‎

MnO,— ‏تحضير ألفا‎ ‏على نطاق المختبر كما يلي. وقد لوحظ أنه‎ (MnO, ll) MnO, ‏تم تحضير مقدار من‎ ‏من الممكن الوصول إلى إنتاج حجمي كبير من ألفا-10007 باستخدام عمليات صناعية أخرى. وتم‎ ٠٠١ ‏تركيزه‎ MnSO4.H0 ‏جزيئي و١٠٠7 مل من‎ 6,١ ‏تركيزه‎ KMnOy ‏مل من‎ Yoo ‏تحضير‎ Vo ‏جزيئي وتم تسخينهما بشكل منفرد إلى درجة حرارة بلغت ١٠”م. ووضع محلول 1610004 في دورق‎ ‏وأضيف محلول ,10050 قطرة قطرة إلى‎ .ultrasonic bath ‏فوق صوتي‎ ales ‏وقلب في‎ beaker precipitation ‏بنيةٌ اللون. واستمر الترسيب‎ precipitate ‏وظهرت مادة مترسبة‎ JKMnO4 ‏محلول‎ ‏وأخرج الدورق من الحمام فوق الصوتي وسمح له بالترسب‎ MnSO4 ‏إلى أن استهلك كل محلول‎ ‏عند سرعة‎ centrifiged ‏ساعة وعرض المحلول مع المادة المترسبة للفرز بالطرد المركزي‎ sad ٠5 ‏دورة في الدقيقة لمدة دقيقتين. وبعد التخلص من السائل؛ غسلت المادة المترسبة بماء‎ ٠ ‏وعرض للفرز بالطرد المركزي مجدداً عند سرعة بلغت 9000 دورة في‎ (ID) ‏منزوع الأيونات‎ ‏لمدة ساعتين. وأخيراً‎ A ‏الدقيقة لمدة دقيقتين. واستعيدت المادة المترسبة وجففت في خواء عند‎ ‏ساعة.‎ ١١ ‏لدنت المادة المترسبة الجافة الناتجة في الهواء عند 6٠0٠م لمدة‎

MnO; ‏تحضير إلكترود‎ \K (is 770( ‏مع أسود الأسيتيلين‎ (by 2970( ‏الذي حضر أعلاه‎ MnO,- Wl ‏خلط‎ ‏وزناً). وأضيفت بضع قطرات من ١-مثيل -؟-‎ 7٠١( (PVDF) ‏ومسحوق فلوريد متعدد فينيليدين‎ ‏وطحن المسحوق‎ (PVDF ‏حسب الحاجة لإذابة مسحوق‎ 1-methyl-2-pyrrolidinone ‏بيروليدينون‎ ‎٠,١ ‏ووضعت العجينة على صفيحة غرافيت كثافتها‎ .06 paste ‏وحول إلى عجينة سميكة‎ ‏"م في خواء لمدة‎ ٠١١ ‏غم/سم” لتشكيل إلكترود. وبعد ذلك حُمّص الإلكترود عند درجة حرارة بلغت‎ Yo ‏؛ ساعات.‎ ‏ل‎

-؟١-‏ تجميع ‎assembly‏ خلية التحلية الكهروكيميائية ‎electrochemical desalination cell‏ الشكل ؟ عبارة عن تمثيل لجهاز التحلية ‎desalination device‏ وفقاً للاختراع في وضع التحلية ‎desalinating‏ (التعبئة ع«نع«داء). وكما يبين الشكل ‎oF‏ شكلت خلية تحلية كهروكيميائية بواسطة ‎stack pana)‏ يحتوي على إلكترود لوحي أول من الغرافيت ‎first graphite plate‏ ‎١١ electrode ©‏ حجرة ‎١١١ chamber‏ تحتوي على إلكتروليت حديدي ‎cron electrolyte‏ غشاء تبادل أيوني للأنيونات ‎1١4 AEM‏ حجرة تدفق رئيسية ‎VY main flow chamber‏ غشاء مسامي اختياري ‎VO optional porous membrane‏ )¢ وطبقة ‎١١١ MnO; layer‏ مركبة أصلاً على إلكترود لوحي ثاني من الغرافيت ‎AVY‏ وتتضمن الحجرة ‎Bie ١١١‏ للدخول ‎١١5 inlet port‏ ومنفذ للخروج ‎٠١8 outlet port‏ يتدفق من خلالهما الماء المالح ‎saline water‏ حسب ‎Jalal‏ ‎٠١‏ وتم توصيل الإلكترود الأول ‎١١١‏ بالطرف الموجب ‎positive terminal‏ ووصل الإلكترود الثاني ‎١١١‏ بالطرف السالب ‎negative‏ من مزود القدرة ‎١٠١ power supply‏ أثناء التعبئة (التحلية ‎(desalinating‏ . ويمكن أن يمنع الغشاء المسامي الاختياري ‎١١١‏ جسيمات مادة ‎particulate matter‏ موجودة في التيار المتدفق ‎flow stream‏ من التلامس مع طبقة ‎VT MnO,‏ وبذلك يساعد في ‎٠‏ منع أو التقليل من خسارة طبقة ‎MnO,‏ عن طريق الكشط ‎.abrasive loss‏ وفي أحد التجسيدات التمثيلية؛ كان حجم الإلكتروليت الحديدي في الحجرة ‎١١‏ حوالي ‎Jaw VT‏ وكان حجم السائل في حجرة التدفق الرئيسية ‎١١١7‏ حوالي ؛ سم". وتراوح حجم الإلكتروليت الحديدي في الحجرة ‎١١‏ من حوالي © سم" إلى ‎Yo‏ سمأ وتراوح حجم السائل في حجرة التدفق الرئيسية ‎١١١7‏ من ‎١‏ سم" إلى © ‎Ja‏ ‏7 وحقن محلول أ له تركيب ماء البحر النموذجي تبلغ ملوحته 32000 ‎TDS‏ خلال منفذ الدخول ‎١١9‏ لملء الحجرة ‎VY‏ وسلطت فلطية قصوى بلغت ‎١,8‏ فلط على الخلية ‎٠١١‏ مع ضبط ‎lal)‏ الأقصى ‎maximum current‏ عند ‎YOu‏ ملي أمبير. ‎fay‏ تيار الخلية عند ‎You‏ ملي أمبير وانخفض تدريجياً إلى ‎Yo‏ ملي أمبير؛ ‎dies‏ هذه النقطة توقفت التعبئة. وأزيل المحلول الذي في الحجرة ‎١١١7‏ من خلال منفذ الخروج ‎VIA‏ بواسطة محقنة وخزن بصفته المحلول ب. ‎Yo‏ والشكل ؛ عبارة عن تمثيل لجهاز التحلية وفقاً للاختراع في وضع التركيز (تفريغ). وحقنت دفعة جديدة من المحلول أ في الحجرةٍ ‎١١١7‏ من خلال منفذ الدخول ‎VV‏ ووصل الطرفين ‎١١١‏ yoo

و١١‏ بحمل إلكتروني ‎٠6١‏ كما يبين الشكل 4. وبدء التفريغ عند تيار بلغ ‎٠00‏ ملي أمبير واستمر إلى أن انخفض التيار والفلطية إلى ‎Yoo‏ ملي أمبير و7١‏ فلط؛ على الترتيب. وأزيل المحلول الذي في الحجرة ‎١١١7‏ من خلال ‎dite‏ الخروج ‎١١8‏ بواسطة محقنة وخزن بصفته المحلول ° وقيست ‎TDS af‏ لمحلولين ب و ج. وبلغت قيمة 105 في المحلول ب ‎0809٠9‏ وفي المحلول ج بلغت ‎.273008١6‏ ومن الواضح؛ أنه قد تمت تحلية ‎desalinated‏ المحلول ب وإضافة ملوحة ‎resalinated‏ إلى المحلول ج. وتعطي عملية التفريغ ‎discharge process‏ الموصوفة في الشكل ؛ النظام ‎system‏ فرصة لاستعادة الكثير من الطاقة ‎energy‏ التي استهلكت في عملية

التحلية؛ وبذلك تتحسن فعالية النظام بشكل كبير.

power ‏على الخلية من مصدر القدرة‎ voltage ‏عند تسليط الفلطية‎ oF ‏وكما يبين الشكل‎ ٠١ ‏خلال غشاء تبادل أنيوني‎ ١١١7 ‏الحجرة الرئيسية‎ AVY CT ‏يتحرك الأيون‎ ٠١ supply ‏ولا يمكن أن تتحرك أيونات‎ FeCl ‏إلى‎ FeCh ‏إلى الإلكتروليت الحديدي ويحول‎ VV AEM ‏وفي‎ ABM ‏أو *263 بالاتجاه المعاكس نظراً إلى الانتقائية العالية لغشاء التبادل الأنيوني‎ Fe? ‏خلال الغشاء المسامي الاختياري‎ ١١١7 ‏في الحجرة الرئيسية‎ ١١ Nat ‏تتحرك أيونات‎ ccd) ‏نفس‎

‎١١١ optional porous membrane ٠‏ ويتم إقحامها في طبقة ‎NYT MnO,‏ وتشكل إزالة الأيونات المفردة 1787 و ]© عملية التحلية.

‏وكما يبين الشكل 4؛ عند إطلاق الفلطية وتزويد مسار للإلكترونات على شكل حمل إلكتروني 160 يحدث تفاعل الأكسدة-الاختزال المعكوس. ‎dy‏ حجرة الإلكتروليت الحديدي ‎VY‏ يتحرر أيون !© ‎١7‏ نتيجة لاختزال ‎FeCl;‏ إلى .60 ويتقدم من خلال ‎١١ AEM‏

‎٠‏ إلى الحجرة الرئيسية ‎VY‏ وبشكل جوهري لا يسمح لأيونات ‎Nat‏ من الحجرة ‎١١١7‏ بالمرور في الإلكتروليت الحديدي نظرً لانتقائية غشاء التبادل الأنيوني ‎VY E ABM‏ العالية. وفي نفس الوقت؛ تتم إزالة إقحام ‎de-intercalate‏ أيون ‎١١ Na®‏ من طبقة ‎١١١ MnO,‏ وتنتقل خلال الغشاء المسامي الاختياري ‎١١١‏ إلى الحجرة الرئيسية ‎VY‏ وتشكل إضافة أيونات ‎Nat‏ و ‎CT‏ المفردة عملية إضافة الملوحة.

‎Yo‏ ويتم تلويث الإلكتروليت الحديدي تدريجياً ب ‎NaCl‏ وأملاح أخرى من الماء المالح؛ لأن غشاء التبادل الأنيوني ‎ABM‏ ليس انتقائياً ‎SLY vr‏ يمكن أن تكون هنالك حاجة لمقادير

‏ل yt ‏يمكن أن ينتج عن جعل الإلكتروليت‎ oll ‏مولية بكميات مختلفة في خطوات العملية المختلفة.‎ ‏على سبيل المثال عن طريق السماح للإلكتروليت الحديدي بالتدفق‎ dynamic ‏الحديدي ديناميكياً‎ «discarding ‏أو التخلص منه‎ creconditioning ‏تجديده‎ treatment ‏إلى النظام وخارجه للمعالجته‎ ‏تعبئة الإلكتروليت الجديد.‎ sale) ‏الخلية؛ نتيجة‎ conductance ‏تحسين إيصالية‎

° ويمكن أن يتدفق إلكتروليت الماء المالح الجديد إما كعملية دفعية أو عملية متواصلة مما يحسن من فعالية التحلية. إضافة إلى ذلك؛ يمكن تقسيم العميلة نفسها على عدد من الخلايا ذات متغيرات مختلفة يتم تشغيلها عند أمداء ملوحة مختلفة بحيث تتحسن الفعالية الكلية.

وأحياناً يمكن أن لا تكون قطبية الإلكترود قد أزيلت ‎depolarized‏ بالكامل نتيجة ‎Al‏ ‏حركيات ‎lagging kinetics‏ إزالة المقحمات ‎.de-intercalation‏ ويمكن إعداد النظام بطريقة تعمل ‎٠‏ فيها الخلية على عكس قطبيتها ‎Sad polarity‏ زمنية معروفة؛ مع استمرار مراقبة الفلطية والتيار؛ وبالتالي تتم إزالة قطبية ‎depolarizing‏ صفيف ‎MnO,‏ وتجديده. ويمكن أن ‎cally‏ النظام من العديد من الخلاياء يتم تشغيلها باستخدام ذكاء أتوماتي» حيث بينما تكون بعض الخلايا تقوم بالتحلية؛ يقوم بعضها بإضافة الملوحة ويخضع بعضها لإزالة القطبية. وتعمل هذه الخلية الكهروكيميائية جيداً بالماء ذي الموصلية العالية؛ ولذلك بتقدم عملية ‎١‏ التحلية؛ يتناقص تيار الخلية وفعاليتها. وعند مستويات التمليح ‎salination‏ المنخفضة يمكن أن تكون تقنيات ‎og al‏ مثل التحلية السعوية أو التحلية بالتناضح العكسي ‎RO‏ أكثر فعالية. لذلك فإنه من الممكن استخدام التجسيدات الموصوفة هنا كجهاز تحلية مسبقة ‎upstream desalination‏ ‎device‏ للتقليل من مقدار ‎TDS‏ الأولي إلى قيمة ‎(J‏ حيث يمكن استخدام تقنية أخرى بعده لتحسين الفعالية الكلية لكامل المحطة. ‎٠‏ في نظام عملي؛ يمكن أن توضع عدة خلايا على التوالي بشكل كهربائي وبشكل متواز هيدروليكياً لتشكيل رصيص كهروكيميائي لزيادة استخدام المادة. ويمكن أن يشتمل الرصيص بشكل نموذجي على ‎١‏ إلى ‎٠٠١‏ خلية.

Claims (1)

1. -١١- ‏عناصر الحمابة‎ ‏تشتمل على:‎ dua celal) treatment ‏لمعالجة‎ electrochemical cell ‏خلية كهروكيميائية‎ ‏واحدة على الأقل مشكلة للاحتفاظ بالماء الذي ستتم معالجته؛‎ water chamber ‏حجرة للماء‎ reactants ‏واحد على الأقل يشتمل على مواد متفاعلة‎ redox electrode Jalsa.) ‏إلكترود‎ ‎reversible redox reaction ‏تفاعل الأكسدة-الاختزال العكسي‎ shaly ‏قادرة على قبول‎ ‏سالب واحد على الأقل موجود في الماء؛‎ on ‏باستخدام أيون‎ o ‏واحد على الأقل 08 على استيعاب وإقحام‎ intercalation electrode ‏إلكترود إقحام‎ ‏أيون موجب واحد على الأقل موجود في الماء؛ حيث يكون إلكترود الإقحام‎ intercalating optional porous ‏مغموراً في حجرة الماء أو مفصولاً عن حجرة الماء بواسطة فاصل مسامي‎ ¢separator saa ‏يفصل إلكترود الأكسدة-الاختزال عن‎ anion exchange membrane ‏غشاء تبادل أنيوني‎ "7 ‏كافية لجعل إلكترود‎ voltage ‏قادر على تسليط فلطية‎ power supply ‏الماء؛ مزود قدرة‎ ‏الأكسدة-الاختزال موجباً أكثر من إلكترود الإقحام؛‎ ‘treated water ‏لإزالة الماء المعالج‎ JN ‏واحد على‎ outlet ‏مخرج‎ ‎salt ‏واحدة على الأقل لجمع الملح‎ chamber ‏حجرة‎ ‎ferrous ‏يشتمل إلكترود الأكسدة-الاختزال بشكل مفضل على محلول كلوريد الحديدوز‎ Gua Vo <hydrochloric acid ‏في حمض الهيدروكلوريك‎ chloride «manganese dioxide ‏يشتمل إلكترود الإقحام بشكل مفضل على ثاني أكسيد المتغنيز‎ dua «delta ‏أو دلت‎ alpha ‏من نوع ألفا‎ crystallographic form ‏وبشكل مفضل على شكل بلوري‎ ‏تشتمل الحجرة‎ dua) ‏وفقاً لعنصر الحماية‎ electrochemical cell ‏؟- الخلية الكهروكيميائية‎ - ٠ salinity ‏لاحتواء الماء الذي ستتم معالجته الماء الذي تصل ملوحته‎ AE chamber .desalinated ‏ملغم/لتر على الأقل لتحليته‎ ٠ ‏حيث تشتمل الحجرة‎ ١ ‏وفقاً لعنصر الحماية‎ electrochemical cell ‏الخلية الكهروكيميائية‎ —V ‏أقل من‎ salinity ‏المشكلة لاحتواء الماء الذي ستتم معالجته على ماء تبلغ ملوحته‎ chamber vo

   -١ ‏إليه.‎ resalinated ‏ملغم/لتر لإضافة الملوحة‎ ٠ ‏حيث تشتمل الطريقة على:‎ oll desalinating ‏؛؟- طريقة لتحلية‎ ‏ملغم/لتر على الأقل خلال خلية تحلية كهروكيميائية‎ ٠0٠١ salinity ‏تبلغ ملوحته‎ ole ‏تدفق‎ ‏وفقاً لأي من عناصر الحماية السابقة؛‎ electrochemical desalination cell ° ‏الماء الذي‎ reactants ‏واحد على الأقل من المواد المتفاعلة‎ flow ‏بتدفق‎ controlling ‏التحكم‎ ‎cell ‏إلى داخل الخلية‎ cdesalinated water ‏أى الماء المحلى‎ cdesalinated ‏ستتم تحليته‎ ‏وخارجها؛‎ ‏إلى الماء المحلى سابقاً عن طريق وصل إلكترود الأكسدة-‎ resalinating ‏إضافة ملوحة‎ ‏إلكتروني‎ Jess intercalation electrode ‏والكترود الإقحام‎ redox electrode ‏الاختزال‎ ٠٠١ telectronic load ‏كافية لجعل إلكترود الأكسدة-الاختزال‎ power supply ‏تسليط فلطية باستخدام مزود قدرة‎ ‏موجباً أكثر من إلكترود الإقحام؛‎ ‏و‎ tdesalination ‏المزال بواسطة عملية التحلية‎ salt ‏جمع الملح‎ industrial brine ‏يتم لاحقاً إضافة الملح الذي جمع إلى محلول ملحي صناعي‎ yo salinity 4a slay anion exchange membrane ‏حيث يخرج الماء من غشاء التبادل الأنيوني‎ Le 150 ‏إلى‎ ٠١ ‏ملغم/لتر» يفضل أن تتراوح ملوحته من‎ © ٠٠ ‏تبلغ أقل من‎ electronic load ‏الطاقة إلى الحمل الإلكتروني‎ resalinating ‏وتزود إضافة الملوحة‎ ‏حيث تتراوح ملوحة الماء الذي‎ of ‏الماء وفقاً لعنصر الحماية‎ desalinating ‏طريقة لتحلية‎ -# ٠ ‏ملغمإلتر.‎ 70٠٠ ‏إلى‎ ٠٠٠١ ‏ستتم تحليته من‎ ve ‏ها‎ ROR PoP WANNA, Boke | ‏اي‎ ‏ا لالت ا‎ ‏ا 7 ا‎ (la) ‏(بيتا)‎ ‏انأ ب و حا جب يب‎ now VAVAVaviv viva SINE PAVAVAVAV.VAVAVAS 23 ‏ا‎ VaAVAVAVAY,VAVAYATA (Lt) (Ly) ١ ‏الشكل‎ ‏السابقة‎ dike ‏ل‎

   - Y =

   ‏لم ارم‎ ‏ل ال‎ re 0 IIIT] STARTER ‏ارم‎ ‎Lo AT Are) ‏الها‎ ‎EN A ; Fe Sey p45 a pt ee al LH ‏رياس‎ ‎/ ‏الأمدا)‎ ‎{a ‏التفنية السابفة‎ 1 L & y 1 ٍ , 0 5 a ©) J 3 SUSIE ‏بر‎ - 3 ‏الا ا سب ا‎ 1 ‏وم لت ص ا‎ 1 7 (te) ‏احم‎ ‎§ 5 ‏ا‎ + 3 : A - 29) + (13) TF an 1 Le —— ” | 7 (a) £ ‏الجهد الكهرباني/فلط مقابل قطب كالومل المشيع‎ ‏الشكل ؟‎

   ٌِ 5 > + 2 i bo 1 = poe = ‏سر ؟‎ = ‏و تراد اح ل‎ 0 + 7 7 : ‏إٍْ‎ EY | Ea pT eatin ‏ب‎ ‎bo 5) - i : ٍُ ‏نا‎ ‎= ْ Sr . re ® 10 vad 1 7 ‏ا‎ 0 * ‏الشكل‎

   IS 58 ‏ا‎ = Te 5 ] 7 1 : =

   : ‏.ا‎ 8 2 ‏جه ا د ع‎ # BEN ©) ‏اا‎ ‎HIRE ‏أ الح‎ ‏ا‎ 8 INE FO NU he 8 1 3 ®7 i 10; = ‏تر‎

   ‎". r Na : » £ gen

   مدة سريان هذه البراءة عشرون سنة من تاريخ إيداع الطلب وذلك بشرط تسديد المقابل المالي السنوي للبراءة وعدم بطلانها أو سقوطها لمخالفتها لأي من أحكام نظام براءات الاختراع والتصميمات التخطيطية للدارات المتكاملة والأصناف النباتية والنماذج الصناعية أو لائحته التنفيذية صادرة عن مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية ؛ مكتب البراءات السعودي ص ب ‎TAT‏ الرياض 57؟؟١١‏ ¢ المملكة العربية السعودية بريد الكتروني: ‎patents @kacst.edu.sa‏