Ion transport in electrolyte and polyelectrolyte systems

Femmer, Robert; Weßling, Matthias (Thesis advisor); Nikonenko, Victor V. (Thesis advisor)

Aachen (2017, 2018)
Doktorarbeit

Kurzfassung

Elektrodialyse und andere Elektromembranverfahren werden seit Jahrzehnten erforscht. Trotzdem wurden noch nicht alle fundamentalen Mechnismen von Ladungsselektiven Membranen verstanden. Diese Dissertation hat zum Ziel das Verständnis um einige der involvierten Prozesse zu erhöhen indem die Annahme der Elektroneutralität fallengelassen wird. Mehrere Schichten, Reaktionen und Konvektion werden in Kombination mit Diffusion und Elektromigration betrachtet. Dieses komplexe Gleichungssystem kann besonders gut mitcomputergestützten numerischen Methoden gelöst werden. Diese Dissertation beschreibt ein Computerprogramm, welches verschiedene Probleme lösen kann, die mit kommerziellen Produkten nur schwer zu lösen sind. Zunächst wird die fundamentelle Annahme einer ideal gemischten Randbedingung untersucht, welche zu Abweichungen in dynamischen Szenarien führt. Dies wird durch die erhöhte Zeit der Dekonzentrierung einer Grenzschicht gezeigt. Geschichtete Membranen werden hinsichtlich ihres stationären Verhaltens und auf ihre Impedanz in asymmetrischen Salzlösungen untersucht und es kann gezeigt werden, dass eine systemische Kapazität mehrere charakteristische Frequenzen aufweisen kann. Bipolare Membranen werden auf Verhalten an der Grenzfläche in einem reaktiven System untersucht. Mit dem selben Model können schwach dissoziierende Salze betrachtet werden. Schwach dissoziierende Säuren und Basen spielen eine große Rolle in biologischen Systemen und deren Aufbereitung ist ein großes Thema innerhalb der Verfahrenstechnik. Durch das Ladungsverhalten, dass durch das gewählte Gleichungssystem besonders beachtet wird, kann die Nanofiltration von Itakonsäure untersucht werden.

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