Une étude de simulation d'un électro

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 12170 (2022) Citer cet article

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La technologie membranaire avec des avantages tels qu'une consommation d'énergie réduite en raison de l'absence de changement de phase, un faible volume et un transfert de masse élevé, une efficacité de séparation élevée pour les solutions en solution, une conception simple des membranes et une facilité d'utilisation à l'échelle industrielle sont différentes des autres méthodes de séparation. Il existe diverses méthodes telles que l'extraction liquide-liquide, l'adsorption, la précipitation et les procédés membranaires pour séparer les contaminants d'une solution aqueuse. La technique de la membrane liquide fournit une méthode de séparation pratique et simple pour les ions métalliques en tant que technique d'extraction par solvant avancée. Les membranes liquides stabilisées nécessitent moins de consommation de solvant, un coût moindre et un transfert de masse plus facile en raison de leur épaisseur plus fine que les autres techniques de membrane liquide. L'influence des propriétés électrostatiques, dérivées du champ électrique, sur le taux de transport ionique et la récupération d'extraction, dans la membrane liquide supportée par feuille plate (FSLM) et la membrane liquide supportée par feuille électro-plate (EFSLM) a été étudiée numériquement. Les modes de fonctionnement FSLM et EFSLM, en termes de mise en œuvre électrostatique, ont été pris en compte. En adoptant une approche numérique, les équations de Poisson-Nernst-Planck et de Navier-Stokes ont été résolues dans des conditions d'état instable en considérant différentes valeurs de permittivité, de diffusivité et de viscosité pour la présence de force électrique et d'agitateur, respectivement. Le résultat le plus important de cette étude est que dans des conditions similaires, en augmentant la tension appliquée, la récupération d'extraction a augmenté. Par exemple, en mode EFSLM, en augmentant la tension appliquée de \(10\) à \(30 {\text{V}}\), la récupération d'extraction est passée de \(53\) à \(98\%\). De plus, il a également été observé que la présence de nanoparticules a des effets significatifs sur les performances du système SLM.

De nos jours, avec la croissance de la technologie, la quantité d'eaux usées industrielles rejetées dans l'environnement augmente progressivement. Même à de faibles concentrations, les contaminants présents dans les eaux usées ont des effets dévastateurs sur la santé humaine et sur d'autres organismes vivants. Les ions métalliques sont l'un des polluants les plus toxiques des eaux usées rejetées dans l'environnement1,2,3,4,5,6,7. En raison de l'utilisation généralisée de métaux lourds tels que le cadmium dans les pigments, le placage, la métallurgie et les champs agricoles (engrais et pesticides), cet ion métallique toxique est libéré dans les sources d'eau et les contamine8. En revanche, du fait du manque de dégradabilité et de toxicité, la présence de ces métaux dans les ressources en eau est très préoccupante pour l'écosystème. Pour cette raison, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) a défini \(3{\text{ppm}}\) comme la concentration maximale autorisée de cadmium dans l'eau potable9,10,11. Par conséquent, il est nécessaire de développer des méthodes efficaces et peu coûteuses pour éliminer les métaux des eaux usées avant leur élimination. Il existe diverses méthodes pour éliminer les ions métalliques des eaux usées, telles que l'extraction liquide-liquide12,13,14, l'adsorption15,16, l'échange d'ions17, l'électrodialyse18,19 et les procédés membranaires2,20,21,22.

Aujourd'hui, la technologie membranaire présente des avantages tels qu'une consommation d'énergie réduite en raison de l'absence de changement de phase, un faible volume et un transfert de masse élevé, une efficacité de séparation élevée pour les solutions diluées, une conception simple des membranes et une facilité d'utilisation à l'échelle industrielle à partir d'autres méthodes23. On distingue les agents d'isolement, parmi lesquels l'utilisation de SLM contient deux phases de l'accepteur et du donneur en raison d'une efficacité d'extraction élevée même à de faibles concentrations, d'une faible consommation de solvant, d'un faible coût, d'un transfert de masse plus facile en raison d'une épaisseur plus fine que D'autres techniques LM ont reçu beaucoup d'attention24.

La membrane SLM peut transmettre l'ion souhaité par la force motrice de la différence de tension, ou vitesse. Jusqu'à présent, de nombreux chercheurs dans le domaine de la modélisation, de la simulation et de l'expérimentation ont mené de nombreuses études sur les membranes liquides pour le traitement des eaux usées, la récupération des métaux de terres rares25,26,27,28,29. Tehrani et al.30 ont étudié des membranes nanofluides stabilisées pour séparer les ions gadolinium du milieu de solution de nitrate. Ils ont étudié l'effet des nanoparticules de TiO2 hydrophile et de SiO2 hydrophobe sur le système membranaire liquide stabilisé. Les résultats ont montré que la présence de nanoparticules affectait de manière significative la diffusion du système SLM et a conclu que les nanoparticules hydrophobes sont plus souhaitables. Zaheri et al.31 ont récupéré l'europium métallique par des nanotubes de carbone et des supports acides (Cyanx 272) dans le système SLM et ont étudié l'effet du pH de l'alimentation sur la qualité de la séparation. Bhatluri et al.32 ont étudié l'élimination du cadmium et du plomb d'une alimentation aqueuse par l'huile de noix de coco comme solvant et l'Aliquate 336 comme support. En augmentant l'EDTA jusqu'à la phase réceptrice, ils ont augmenté le flux de transfert de masse33. La séparation des ions Cd(II) et Ni(II) en milieu sulfate aqueux à l'aide d'une membrane liquide stabilisée (SLM) a été étudiée. L'effet de divers paramètres tels que la concentration d'alimentation, la concentration de porteur, la phase d'alimentation et le pH du récepteur sur le facteur de séparation et le flux d'ions Cd (II) et Ni (II) a été étudié, ce qui a conclu que le pourcentage de séparation du cadmium est beaucoup plus élevé qu'un nickel34. Rehman et al.35 ont étudié le transfert de zinc (II) à travers la membrane plate SLM avec le support TDDA (tri-n-dodécylamine). La stoechiométrie de l'espèce extraite, c'est-à-dire complexe, a été étudiée à l'aide d'une analyse de pente et il a été constaté que le complexe (LH)2·Zn(CL)2 est responsable de la transmission de Zn(II). Les résultats prédits du modèle mathématique de transfert de zinc (II) sont cohérents avec les résultats expérimentaux. Le flux de Zn (II) s'est avéré augmenter quelque peu avec l'augmentation du support et de HCL dans la solution d'alimentation et a diminué avec une augmentation supplémentaire de la concentration. Martinez et al.36 ont étudié la séparation du mélange Yttrium-Néodyme-Dysprosium en utilisant le bis(2-Ethylhexyl)hydrogénophosphate (D2EHPA) comme support par FSLM par simulation. La sélectivité et un modèle d'infiltration cinétique transitoire ont été utilisés dans les calculs. La répartition de la résistance entre les phases, le pH, la concentration de l'extracteur et la concentration initiale de l'alimentation affecte considérablement la sélectivité et le temps de traitement, et leur bonne gestion améliore la séparation. L'instabilité de la phase membranaire affecte la durée de vie de la membrane dans le temps, ce qui entraîne la disparition de la phase organique de la membrane dans les deux phases aqueuses. La phase devient bleue et peut détruire l'unité de séparation.

Khosravikia et al.37, ont analysé le transfert de médicaments acides et alcalins par l'EME et l'effet de paramètres tels que la tension appliquée, l'épaisseur de la membrane, la concentration initiale du médicament, le temps, le pH d'extraction du donneur/accepteur, le coefficient de pénétration de l'espèce médicamenteuse et la porosité de la membrane. Les performances de l'EME ont été évaluées en appliquant des conditions de partition. La conclusion la plus importante de ces études est que le flux dépendait fortement de la différence de potentiel SLM et que l'augmentation de la différence de potentiel augmentait le flux ; les résultats de cette étude peuvent aider à mieux comprendre le système EME pour trouver des conditions appropriées pour augmenter l'extraction EME du médicament. Dolatabadi et al.38 ont étudié une simulation numérique binaire pour étudier le comportement du transfert de masse et de la récupération d'analyte dans les dispositifs EME. Le modèle proposé peut décrire l'effet de différents paramètres sur la récupération d'EME. Les résultats prédits montrent que les facteurs les plus critiques dans l'EME sont la diffusion de l'analyte, le coefficient de distribution de l'analyte et la surface protonée effective dans les solutions donneuses et acceptrices. Le modèle proposé aide à prédire le comportement de transfert de masse du processus EME dans des applications pratiques. Chalik et al.39, ont examiné le transfert des ions chrome (VI) en utilisant une approche électro-analytique EME utilisant un SLM. Dans le processus EME-SLM, le modèle de transfert de masse Danesi a été utilisé pour calculer les données cinétiques, la constante de vitesse, le flux, la perméabilité et la récupération pour chaque paramètre étudié. Le modèle proposé a étudié des paramètres tels que le changement de porteur, les effets de concentration de porteur et l'effet de changement de solvant, et le transfert de chrome (VI) a été obtenu avec une récupération de 54,73 % en 100 min dans des conditions optimales.

Le cadmium est un métal lourd toxique dont la production a augmenté au cours du XXe siècle en raison de la production de batteries au nickel-cadmium, de gaines métalliques et de stabilisateurs en plastique. L'exposition au cadmium résulte de la consommation d'aliments contaminés, y compris des légumes à feuilles et des céréales, de la consommation d'eau ou de l'inhalation d'air contaminé. L'absorption intestinale du cadmium est plus excellente en cas de carence en fer, en calcium ou en zinc. La fumée de tabac est la principale source d'exposition au cadmium. Le cadmium est efficacement stocké dans les organes, notamment les reins, le foie, les os, les poumons, le système nerveux central et le cœur, et peut donc perturber plusieurs systèmes biologiques40. Dans cette étude, le transfert de masse ionique et la récupération par extraction dans les systèmes SLM ont été étudiés en profondeur. En utilisant la méthode numérique (éléments finis), les équations de Poisson et de Nernst-Planck modifiées et de Navier–Stokes (Stokes-Brinkmann) ont été simultanément résolues. Le système en question a été étudié pour deux modes différents, à savoir le mode EFSLM (la force motrice électrique est appliquée pour le transport ionique) et le mode FSLM (la force motrice de vitesse est appliquée pour le transport ionique). Les effets de la force motrice mentionnée, de l'épaisseur de la membrane, de la porosité, de la résistance, de la concentration initiale de la phase d'alimentation, de la concentration de cadmium sur la récupération de l'extraction et du flux de transfert de masse ont été étudiés.

Comme le montre schématiquement la figure 1, le transfert ionique a été appliqué à la membrane supportée par un liquide dans l'un ou l'autre des modes FSLM et EFSLM. Les phénomènes de rectification de courant ionique, de sélectivité ionique et de flux électroosmotique se sont produits dans des conditions d'état instable. Comme on peut le voir sur la figure 2, la longueur et la largeur des réservoirs sont respectivement égales à \({\text{H}}\) et \({\text{Wf}}\), et enfin, l'épaisseur de la membrane est égale à \({\text{L}}_{{\text{m}}}\). Pendant ce temps, les réservoirs sont suffisamment grands pour ignorer les effets finaux. Afin de faciliter et de réduire la charge de calcul, et compte tenu de la symétrie de la chambre autour de son axe central, les calculs sont effectués pour la moitié de la chambre. Dans le cas FSLM, la membrane est située entre deux agitateurs magnétiques. De même, en mode EFSLM, la membrane est située entre deux électrodes, où l'électrode gauche est l'électrode de travail et l'électrode droite est connectée à la terre. En appliquant une tension, selon son signe, un courant ionique s'établit à l'intérieur du canal. Comme le montre la Fig. 2, pour l'EFSLM/FSLM, un système de coordonnées cartésien \(\left( {{\text{x}},{\text{ y}},{\text{ z}}} \right)\) avec son origine située sur l'axe SLM dans la paroi droite du réservoir est utilisé11,41.

Schéma du processus SLM avec la force motrice, (a) la vitesse et (b) l'électricité. (Notez que les panneaux (a) et (b) montrent respectivement les processus FSLM et EFSLM).

Vue 2D de l'extraction électromembranaire ; (a) schéma de la configuration égale du système à l'étude ; (b) conditions aux limites appliquées en exploitation.

Pour résoudre le problème en question, on a supposé que le système est dans un état instable et, comme mentionné précédemment, le régime d'écoulement est laminaire (écoulement rampant) et l'électrolyte est une solution \({\text{HCl}}\) qui est un fluide newtonien et incompressible. Pendant ce temps, il a été considéré; la viscosité du fluide \({\upmu }_{{\text{E}}}\), coefficient de diffusion des espèces ioniques dans l'électrolyte \({\text{D}}_{{{\text{E}},{\text{j}}}}\) (\({\text{j }} = { }1\) pour les cations \(\left( {{\text{H}}^{ + } ,Cd^{ + 2} } \right)\ ) et \({\text{j }} = { }2\) Pour les anions \(\left( {{\text{Cl}}^{ - } } \right)\)), la permittivité de l'électrolyte \({\upvarepsilon }_{{\text{E}}}\), et \({\text{p}}\), \({\mathbf{u}}\), \(\phi\) et \({\mathbf{N}} _{{\text{j}}}\), représentent respectivement la pression hydrodynamique, la vitesse du fluide, le potentiel électrique et le flux des espèces ioniques. Le phénomène est formulé à l'aide des équations modifiées de Poisson-Nernst-Planck et de Navier-Stokes comme suit :

En mode FSLM :

En mode EFSLM :

Dans les équations ci-dessus, la densité ionique de l'électrolyte est définie comme \({\uprho }_{{\text{E}}} = \sum\nolimits_{{{\text{j}} = 1}}^{2} {{\text{z}}_{{\text{j}}} {\text{Fc}}_{{\text{j}}} }\) où \({\text{z}}_{{\text{j }}}\) et \({\text{c}}_{{\text{j}}}\) sont respectivement les nombres de charge et les concentrations d'espèces ioniques dans l'électrolyte. Les paramètres \({\text{F}}\), \({\text{R}}\), \({\uprho }\) et \({\text{T}}\) désignent respectivement la constante de Faraday, la constante universelle des gaz, la densité du fluide et la température absolue du système.

De plus, le pourcentage de récupération de l'extraction pour chaque analyte est calculé comme suit :

où \(n_{{s,{\text{initial }}}}\) et \({\text{n}}_{{{\text{a}},{\text{final}}}}\) représentent le nombre de moles d'analyte initialement disponibles dans la phase d'échantillonnage et finalement dans la phase d'acceptation, respectivement. \(V_{a}\) est le volume de la phase acceptrice, \(V_{S}\) le volume de l'échantillon, \({\text{c}}_{{{\text{a}},{\text{final}}}}\) la concentration finale de l'analyte dans la solution acceptrice et \({\text{c}}_{{{\text{s}},{\text{initial}}}} \) est la concentration initiale de l'analyte dans la solution donneuse.

Les conditions aux limites supposées pour les équations. (1) à (5) sont donnés dans le tableau 1 et illustrés à la figure 2b.

Étant donné que les éqs. (1)–(5) sont interdépendants et fortement non linéaires ; il faut utiliser des outils numériques appropriés pour les résoudre. Ici, les équations ont été résolues à l'aide du logiciel Comsol Multiphysics (5.6a), qui fonctionne sur la base de la méthode des éléments finis haute performance. L'électrostatique, le transport d'espèces diluées et la physique des écoulements rampants ont été utilisés pour simuler la présente étude en utilisant une combinaison de mailles triangulaires et carrées. L'étude de l'indépendance du maillage a été réalisée sur la géométrie conique pour déterminer le nombre de mailles optimal. Les résultats ont révélé que les mailles \(81644\) étaient suffisantes pour le FSLM/EFSLM comme nombre de mailles optimal. De plus, pour évaluer les performances du modèle actuel, comme vous pouvez le voir sur la figure 3, les résultats sont comparés avec succès aux données expérimentales de Tehrani et al.42

Comparaison entre la solution numérique du présent modèle et les résultats expérimentaux de Tehrani et al.42.

.

La recherche actuelle a étudié les impacts des différentes forces motrices dans les modes FSLM et EFSLM sur le transport des ions et la récupération de l'extraction dans une membrane supportée par un liquide. Les variables influentes qui ont été étudiées comprennent la force motrice, l'épaisseur de la membrane, la porosité, la résistance, la concentration initiale de la phase d'alimentation, la concentration de cadmium et la tension appliquée. Les valeurs des paramètres et des variables utilisées dans le processus de simulation sont données dans le tableau 2.

Afin de présenter les résultats, nous commençons par examiner le contour de séparation des ions en termes de différentes vitesses à un temps fixe de \(6{\text{S}}\) dans le système FSLM par la Fig. 4. Comme le montre la Fig. 4, une séparation maximale est obtenue dans la région médiane en raison de l'écoulement turbulent créé par la présence de l'agitateur. Dans cette zone, le transfert de masse convectif augmente, et le mécanisme prédominant dans cette zone est le mouvement tourbillonnaire, et le taux de séparation augmente pour les deux extrémités avec un mécanisme de diffusion moins turbulent. De plus, l'augmentation de la vitesse a un effet direct sur le taux de séparation.

L'effet du taux d'agitation sur le taux de séparation des ions dans le système FSLM.

La figure 5 montre l'effet de la tension appliquée et de la vitesse de l'agitateur pour transférer les espèces ioniques sous \(L_{m} = 200 \mu m\), \(K = 0,8\), \(c_{0} = 100 mM\), \(\varepsilon_{p} = 0,8\), \(u_{0} = 0,01 m/s\), \(V_{app} = 20 V\) et \(k_{p} = 10^{ - 8} m^{2}\) conditions. Comme le montre la figure 5, le transfert d'espèces ioniques dans le système EFSLM se fait avec un profil et un bouchon uniformes. Alors que dans le système FSLM, le transfert d'espèces ioniques se produit dans une distribution dispersée et hétérogène. Car dans le système EFSLM, du fait de la présence de force électrostatique et de la formation de doubles couches électriques, le transfert d'espèces ioniques est plus rapide et a un effet plus significatif sur l'efficacité de séparation38.

Comparaison de la force motrice, (a) électrique et (b) de l'impulsion sur le transfert d'espèces ioniques.

L'effet de la vitesse et de la tension sur la séparation des ions est illustré à la Fig. 6. Comme le montre la Fig. 6a, parce que l'ion est à l'intérieur du conducteur, la tension appliquée entraîne un mouvement électrophorétique et un mouvement des ions, alors que lorsque la vitesse est le facteur externe, il n'aura pas de bonnes sorties logiques. Comme le montre la figure 6a, l'augmentation de la tension affectera directement l'efficacité de l'extraction. Bien que représenté sur la figure 6b, la perméabilité de la membrane est fonction de la vitesse d'agitation du côté de la solution. En augmentant trop la vitesse d'agitation, la perméabilité devient indépendante de la vitesse d'agitation, donc la séparation, dans ce cas, atteint sa valeur minimale43,44.

L'impact de (a) la tension appliquée et (b) le taux d'agitation sur la récupération de l'extraction.

La figure 7 illustre l'effet de la concentration de cadmium sur le taux de séparation. Comme le montre le processus électrostatique, Fig. 7a, le flux de transfert de masse augmente à mesure que la concentration de cadmium (II) augmente. Cependant, le pourcentage d'extraction d'ions cadmium à des concentrations d'ions métalliques plus élevées n'est pas significatif car la phase organique est saturée d'un complexe ion-métal. Initialement, à de faibles concentrations d'ions cadmium, le transfert d'ions métalliques dépend de l'activité des ions métalliques, qui est la même concentration car le coefficient d'activité à de faibles concentrations est de un, mais à de fortes concentrations, le coefficient d'activité dû à l'interaction colombienne entre anion et cation. En raison de l'augmentation de la force ionique, cela conduit à une faible activité saline et réduit ainsi l'extraction45.

L'impact de la concentration de cadmium sur la récupération de l'extraction, (a) EFSLM, et (b) FSLM.

L'effet de la concentration initiale de la phase d'alimentation sur l'efficacité d'extraction à différents moments est illustré à la Fig. 8. Comme le montre la Fig. 8a, à mesure que la concentration initiale de la phase d'alimentation augmente, le coefficient de diffusion diminue, ce qui entraîne un flux de transfert de masse. Initialement, à mesure que la concentration de cadmium dans la phase d'alimentation augmente, la disponibilité des ions cadmium à la limite alimentation-membrane augmente, entraînant une augmentation plus rapide de la réaction chimique de surface et une augmentation du flux. Ceci est dû à l'augmentation du site actif de transfert de masse en remplissant les pores d'espèces porteuses de complexes. Cependant, après que la membrane ait fonctionné longtemps, les pores de la membrane se remplissent et la séparation diminue46.

L'impact de la concentration de l'alimentation sur la récupération de l'extraction, (a) EFSLM et (b) FSLM.

Pour obtenir un effet exponentiel de la présence de nanoparticules dans la présente étude sur le taux de séparation, la distribution d'épaisseur et la porosité de la membrane peuvent être examinées dans les Fig. 9 et 10, respectivement, à des moments différents. Comme le montre la figure 9, l'épaisseur de la membrane est proportionnelle au flux de transfert de masse. D'autre part, à mesure que l'épaisseur de la membrane augmente, le pourcentage d'extraction diminue, entraînant une diminution du flux et de la perméabilité (Fig. S1). D'un autre point de vue, on peut dire que la présence de nanoparticules augmente les zones hydrophobes à l'intérieur des pores de la membrane. On peut également conclure de la figure 10 que l'augmentation de la porosité augmente la perméabilité et en outre la séparation des ions. D'autre part, il n'y a pas d'opération de séparation à partir d'une plage, ce qui entraîne une diminution de l'efficacité de séparation (Fig. S2). En d'autres termes, l'ajout de nanoparticules réduit le colmatage et la stabilité du flux sur une période plus longue47.

L'impact de l'épaisseur de la membrane sur la récupération de l'extraction, (a) EFSLM et (b) FSLM.

L'impact de la porosité sur la récupération de l'extraction, (a) EFSLM et (b) FSLM.

Comme mentionné précédemment, on a supposé que le transfert de masse dans la membrane liquide pour séparer l'ion souhaité s'accompagnait d'une résistance. L'effet de la résistance au transfert de masse sur l'efficacité d'extraction pour deux systèmes EFSLM, FSLM, est illustré à la Fig. 11. Comme on peut le voir sur la Fig. 11b. Lorsque k diminue, le pourcentage de récupération augmente. À mesure que k diminue, l'espace devient plus petit et, comme vous pouvez le voir sur l'illustration, lorsqu'il s'incline vers 0,5, les ions ont tendance à se trouver à l'intérieur d'une zone avec une perméabilité plus importante. Oui, lorsque le coefficient de séparation est appliqué, la perméabilité d'un côté est réduite. Lorsque la perméabilité est grande, la concentration augmente et, comme le montre la figure S3, k diminue et, par conséquent, le pourcentage de récupération augmente. Alors que sur la Fig. 11a on peut voir le contraire de ce fait dû à la création de la force du même nom et à la répulsion entre les charges, cela réduit la récupération.

L'impact de l'effet de partition sur la récupération de l'extraction, (a) EFSLM et (b) FSLM.

L'effet de la présence de la force électrostatique et de l'agitateur en considérant différentes valeurs de perméabilité, le coefficient de diffusion pour les deux systèmes EFSLM et FSLM, respectivement, a été étudié dans le présent travail. Des simulations d'états instables ont été effectuées à l'aide des équations de Poisson-Nernst-Planck et de flux laminaire en utilisant une approche par éléments finis. Le modèle développé a été validé en comparant les résultats aux données théoriques et expérimentales existantes. L'effet de différents paramètres (tension, épaisseur de membrane, porosité, résistance, concentration initiale de la phase d'alimentation, concentration de cadmium) sur le taux de séparation dans les modes FSLM et EFSLM a été étudié. Par coïncidence, sous toutes les formes, le taux de séparation dans le procédé FSLM utilisant un agitateur est beaucoup plus faible que dans le procédé EFSLM utilisant un champ électrique. Les résultats ont été évalués en examinant les effets des paramètres hydrodynamiques sur les performances de séparation dans le temps. L'effet de la présence de nanoparticules en tant qu'activateurs de surface pour la modification de surface a également été étudié, empêchant ainsi le colmatage, l'accumulation et le dépôt autant que possible sur la surface de la membrane liquide stabilisée. Les résultats montrent que la présence de nanoparticules a un effet significatif sur la pénétration du système SLM, et on peut conclure que les nanoparticules hydrophobes sont plus souhaitables et affectent la morphologie de la membrane.

Les données sont disponibles [d'Ahmad Rahbar-Kelishami] avec la permission de [Ahmad Rahbar-Kelishami]. Les données à l'appui des conclusions de cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant, [Mahdiyeh Monesi], sur demande raisonnable.

Chang, SH, Teng, TT & Ismail, N. Extraction de Cu (II) à partir de solutions aqueuses par des solvants organiques à base d'huile végétale. J. Hazard. Mater. 181, 868–872. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.05.093 (2010).

Article PubMed CAS Google Scholar

Jean, E., Villemin, D., Hlaibi, M. & Lebrun, L. Extraction d'ions de métaux lourds à l'aide de nouvelles membranes liquides supportées contenant un liquide ionique comme support. Sept. Purif. Technol. 201, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.02.033 (2018).

Article CAS Google Scholar

Amini, M., Rahbar-Kelishami, A., Alipour, M. & Vahidi, O. Séparation des ions métalliques dans une membrane liquide supportée : un aperçu. J. Membre. Sci. Rés. 4 , 121–135 . https://doi.org/10.22079/jmsr.2017.63968.1138 (2018).

Article CAS Google Scholar

Tuzen, M., Saygi, KO et Soylak, M. Extraction en phase solide d'ions de métaux lourds dans des échantillons environnementaux sur des nanotubes de carbone à parois multiples. J. Hazard. Mater. 152, 632–639. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.07.026 (2008).

Article PubMed CAS Google Scholar

Drouin, N., Kubáň, P., Rudaz, S., Pedersen-Bjergaard, S. & Schappler, J. Extraction électromembranaire : aperçu de la dernière décennie. Analyse des tendances TrAC. Chim. 113, 357–363. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.10.024 (2019).

Article CAS Google Scholar

Shayesteh, H., Raji, F. & Kelishami, AR Influence de la longueur de la chaîne alkyle du surfactant sur le processus d'adsorption : une étude de cas. Le surf. Interfaces 22, 100806. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100806 (2021).

Article CAS Google Scholar

Sarbisheh, F., Norouzbeigi, R., Hemmati, F. & Shayesteh, H. Application de la méthodologie de surface de réponse pour la modélisation et l'optimisation de l'adsorption du vert malachite par la tourbe de sphaigne modifiée comme biosorbant à faible coût. Dessalement. Traitement de l'eau. 59, 230–242. https://doi.org/10.5004/dwt.2016.1728 (2017).

Article CAS Google Scholar

Ashrafi, A., Rahbar-Kelishami, A. & Shayesteh, H. Adsorption assistée par ultrasons simultanée hautement efficace de Pb (II) par des nanoparticules magnétiques noyau-enveloppe Fe3O4 @ MnO2: synthèse et caractérisation, études cinétiques, d'équilibre et thermodynamiques. J. Mol. Structure. 1147, 40–47. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2017.06.083 (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Zeng, L., Liu, Q., Luo, L., Liu, L. & Tang, K. Mécanisme d'amélioration d'une membrane liquide améliorée utilisant un retardateur de perméation sélectif pour la séparation des ions de métaux lourds. Chim. Ing. Sci. 201, 1–14. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.02.017 (2019).

Article CAS Google Scholar

Klemz, AC et al. Traitement des eaux de production des champs pétrolifères par extraction liquide-liquide : un bilan. J.Pet. Sci. Ing. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.108282 (2020).

Article Google Scholar

Khatibi, M., Ashrafizadeh, SN & Sadeghi, A. Couvrir les nanocanaux coniques avec des couches denses de polyélectrolyte améliore considérablement la rectification du courant ionique. Anal. Chim. Acta 1122, 48–60. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.05.011 (2020).

Article PubMed CAS Google Scholar

Łukomska, A., Wiśniewska, A., Dąbrowski, Z. & Domańska, U. Extraction liquide-liquide de cobalt (II) et de zinc (II) à partir de solutions aqueuses en utilisant de nouveaux liquides ioniques comme extractants. J. Mol. Liquide. 307, 112955. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.112955 (2020).

Article CAS Google Scholar

Wang, J. et al. Extraction liquide-liquide et détection visuelle de Hg2+ en solution aqueuse par des nanocristaux de pérovskite CsPbBr 3 luminescents. Microchem. J. 170, 106769. https://doi.org/10.1016/j.microc.2021.106769 (2021).

Article CAS Google Scholar

Manaka, A., Ueno, Y., Tafu, M. et Kato, T. Analyse colorimétrique simple et à haute sensibilité du cadmium par extraction liquide-liquide homogène. Anal. Sci. https://doi.org/10.2116/analsci.21N029 (2021).

Article PubMed Google Scholar

Azarang, A., Rahbar-Kelishami, A., Norouzbeigi, R. & Shayesteh, H. Modélisation et optimisation des performances de pertraction d'ions de métaux lourds à partir de solutions aqueuses à l'aide de M2EHPA/D2EHPA : application de la méthodologie de surface de réponse. Environ. Technol. Innov. 15, 100432. https://doi.org/10.1016/j.eti.2019.100432 (2019).

Article Google Scholar

Farahani, A., Rahbar-Kelishami, A. & Shayesteh, H. Extraction par solvant microfluidique de Cd (II) en flux parallèle : optimisation, échange d'ions et étude de transfert de masse. Sept. Purif. Technol. 258, 118031. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118031 (2021).

Article CAS Google Scholar

Yang, Z. et al. Piège à métaux à haut débit : empilements de membranes en bois à fonction sulfhydryle pour une élimination rapide et très efficace des ions de métaux lourds. ACS Appl. Mater. Interfaces. 12, 15002–15011. https://doi.org/10.1021/acsami.9b19734 (2020).

Article PubMed CAS Google Scholar

Khatibi, M., Ashrafizadeh, SN & Sadeghi, A. Augmentation de la génération d'énergie par électrodialyse inverse dans les nanocanaux mous en adaptant les propriétés de la couche molle. Électrochim. Acta 395, 139221. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139221 (2021).

Article CAS Google Scholar

Khatibi, M., Sadeghi, A. & Ashrafizadeh, SN Tripler la génération d'énergie par électrodialyse inverse dans des nanocanaux coniques utilisant des surfaces molles. Phys. Chim. Chim. Phys. 23, 2211-2221. https://doi.org/10.1039/D0CP05974A (2021).

Article PubMed CAS Google Scholar

Foong, CY, Wirzal, MDH & Bustam, MA Une revue sur la membrane de nanofibres avec un liquide ionique à base d'amino pour l'élimination des métaux lourds. J. Mol. Liquide. 297, 111793. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111793 (2020).

Article CAS Google Scholar

Qasem, NAA, Mohammed, RH & Lawal, DU Élimination des ions de métaux lourds des eaux usées : un examen complet et critique. Npj Clean Water 4, 1–15. https://doi.org/10.1038/s41545-021-00127-0 (2021).

Article CAS Google Scholar

Ayoubi, S., Khatibi, M. & Ashrafizadeh, SN Une approche variationnelle appliquée pour réduire l'encrassement avec le flux électroosmotique dans les microcanaux à paroi poreuse. Microfluide. Nanofluide. 25, 1–13. https://doi.org/10.1007/s10404-021-02501-3 (2021).

Article CAS Google Scholar

Charcosset, C. Applications classiques et récentes des procédés membranaires en agroalimentaire. Gastronomie Rév. 13, 322–343. https://doi.org/10.1007/s12393-020-09262-9 (2021).

Article CAS Google Scholar

Toh, KY, Liang, YY, Lau, WJ & Fimbres Weihs, GA Un examen de la modélisation CFD et des mesures de performance pour les processus membranaires osmotiques. Membranes 10, 285. https://doi.org/10.3390/membranes10100285 (2020).

Article PubMed Central CAS Google Scholar

Zante, G., Boltoeva, M., Masmoudi, A., Barillon, R. & Trebouet, D. Transport hautement sélectif du lithium à travers une membrane liquide supportée. J. Fluor Chem. 236, 109593. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2020.109593 (2020).

Article CAS Google Scholar

Dash, S. & Mohanty, S. Aspect modélisation mathématique dans l'extraction par solvant des métaux. Sept. Purif. Rév. 50, 74–95. https://doi.org/10.1080/15422119.2019.1648294 (2021).

Article CAS Google Scholar

Tao, J., Tao, Z. & Zhihong, L. Examen des ressources et du recyclage du germanium, avec un accent particulier sur les caractéristiques, le mécanisme et les défis de l'extraction par solvant. J. Propre. Prod. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126217 (2021).

Article Google Scholar

Karimzadeh, M., Khatibi, M. & Ashrafizadeh, SN Impacts des propriétés dépendant de la température sur le comportement de transport des ions dans les nanocanaux mous. Int. Commun. Transfert de masse thermique 129, 105728. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105728 (2021).

Article CAS Google Scholar

Alinezhad, A., Khatibi, M. & Nezameddin Ashrafizadeh, S. Impact des couches souples d'asymétrie et de la séparation des ions sur la rectification du courant ionique dans les nanocanaux bipolaires. J. Mol. Liquide. 347, 118324. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118324 (2022).

Article CAS Google Scholar

Tehrani, BM & Rahbar-Kelishami, A. Influence du transfert de masse amélioré induit par le mouvement brownien sur la membrane nanoliquide supportée : corrélation expérimentale et modélisation numérique. Int. J. Chaleur Masse Transf. 148, 119034. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119034 (2020).

Article CAS Google Scholar

Zaheri, P., Davarkhah, R. & Zahakifar, F. Extraction d'uranium de la solution d'acide sulfurique à l'aide d'une membrane d'inclusion polymère contenant de l'alamine336. J. Nucl. Sci. Technol. (JonSat) 42, 28–36. https://doi.org/10.24200/nst.2021.1293 (2021).

Article Google Scholar

Falaki, F., Shamsipur, M. & Shemirani, F. Séparation sélective simultanée des ions argent (I) et plomb (II) à partir d'une seule solution source diluée à travers deux membranes liquides supportées composées d'éthers couronnes sélectifs dans un solvant supramoléculaire. Chim. Articles https://doi.org/10.1007/s11696-021-01734-4 (2021).

Article Google Scholar

He, D., Luo, X., Yang, C., Ma, M. & Wan, Y. Étude du transport et de la séparation de Zn(II) par un processus combiné de dispersion de membrane liquide/bande supportée contenant du D2EHPA dans du kérosène comme support. Dessalement 194, 40–51. https://doi.org/10.1016/j.desal.2005.10.024 (2006).

Article CAS Google Scholar

Sadeghi, MH, Tofighy, MA et Mohammadi, T. Graphène unidimensionnel pour une adsorption aqueuse efficace des métaux lourds : élimination rapide des ions arsenic et mercure par des nanorubans d'oxyde de graphène (GONR). Chemosphere 253, 126647. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126647 (2020).

Article ADS PubMed CAS Google Scholar

Ur Rehman, H. et al. Transport de Zn (II) par des membranes liquides supportées en TDDA-polypropylène et récupération de la liqueur d'évacuation des déchets de l'usine de galvanisation de Zn (II). J. Chem. 2017, 7569354. https://doi.org/10.1155/2017/7569354 (2017).

Article CAS Google Scholar

Martínez, J., Rodríguez Varela, R., Forsberg, K. & Rasmuson, Å. Facteurs influençant la sélectivité de séparation des éléments de terres rares dans les membranes liquides supportées par des feuilles plates. Chim. Ing. Sci. 191, 134–155. https://doi.org/10.1016/j.ces.2018.06.018 (2018).

Article CAS Google Scholar

Khosravikia, M. & Rahbar-Kelishami, A. Une étude de simulation d'une approche appliquée pour améliorer la récupération des médicaments par extraction électromembranaire. J. Mol. Liquide. 358, 119210. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.119210 (2022).

Article CAS Google Scholar

Dolatabadi, R., Mohammadi, A. & Baghani, M. Une simulation informatique de l'extraction d'électromembrane basée sur les équations de Poisson - Nernst - Planck. Anal. Chim. Acta 1158, 338414. https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338414 (2021).

Article PubMed CAS Google Scholar

Çalık, G., Kaya, A., Onac, C., Aytaç, A. & Alpoguz, HK Analyse cinétique du transport du Cr(VI) avec des processus électromembranaires. J Chem. Technol. Biotechnol. 97, 662–667. https://doi.org/10.1002/jctb.6948 (2022).

Article CAS Google Scholar

Seifollahi, Z. & Rahbar-Kelishami, A. Extraction du diclofénac à partir d'une solution aqueuse par une membrane liquide en émulsion : étude des paramètres et optimisation à l'aide de la méthodologie de surface de réponse. J. Mol. Liquide. 231, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.01.081 (2017).

Article CAS Google Scholar

Karimzadeh, M., Seifollahi, Z., Khatibi, M. & Ashrafizadeh, SN Impacts de la forme des nanocanaux mous sur leur sélectivité ionique et leur rectification de courant. Électrochim. Acta 399, 139376. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139376 (2021).

Article CAS Google Scholar

Mohammad Tehrani, B. & Rahbar-Kelishami, A. Une nouvelle corrélation de coefficient de transfert de masse pour une extraction améliorée des métaux de terres rares via une membrane nanoliquide supportée. Chim. Ing. Processus. Processus Intensif. 143, 107625. https://doi.org/10.1016/j.cep.2019.107625 (2019).

Article CAS Google Scholar

Fadaei, F., Shirazian, S. & Ashrafizadeh, SN Simulation de transfert de masse de l'extraction par solvant dans des contacteurs à membrane à fibres creuses. Dessalement 275, 126–132. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.02.039 (2011).

Article CAS Google Scholar

Xia, L. et al. Progrès récents dans les techniques de préparation rapide d'échantillons. Anal. Chim. 92, 34–48. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b04735 (2019).

Article PubMed CAS Google Scholar

Ghanbarian, B., Hunt, AG, Ewing, RP et Sahimi, M. Tortuosité dans les milieux poreux : une revue critique. Sol Sci. Soc. Suis. J. 77, 1461–1477. https://doi.org/10.2136/sssaj2012.0435 (2013).

Article ADS CAS Google Scholar

Zarghampour, F., Yamini, Y., Baharfar, M., Javadian, G. & Faraji, M. Extraction électromembranaire sur puce suivie d'une colorimétrie numérique sensible basée sur l'image pour la détermination de traces de Cr (vi). Anal. Méthodes 12, 483–490. https://doi.org/10.1039/C9AY02328C (2020).

Article CAS Google Scholar

Huang, C., Jensen, H., Seip, KF, Gjelstad, A. & Pedersen-Bjergaard, S. Transfert de masse dans l'extraction électromembranaire - le lien entre la théorie et les expériences. J. Sep. Sci. 39, 188–197. https://doi.org/10.1002/jssc.201500905 (2016).

Article PubMed CAS Google Scholar

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Laboratoire de recherche sur les procédés de séparation avancés, Département de génie chimique, Université iranienne des sciences et technologies, Narmak, 16846-13114, Téhéran, Iran

Mahdiyeh Monesi, Mahdi Khatibi et Ahmad Rahbar-Kelishami

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MM a écrit le texte principal. Figurines préparées par MM et MK. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Ahmad Rahbar-Kelishami.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Monesi, M., Khatibi, M. & Rahbar-Kelishami, A. Une étude de simulation d'une extraction électro-membranaire pour l'amélioration du transport des ions via l'adaptation des propriétés électrostatiques. Sci Rep 12, 12170 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16482-y

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Reçu : 31 janvier 2022

Accepté : 11 juillet 2022

Publié: 16 juillet 2022

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

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