CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2. Công nghệ siêu hấp thu CDI
2.2.1. Cơng nghệ CDI là gì?
Cơng nghệ siêu hấp thu (CDI – Capacitive Deionization) hay còn gọi là công nghệ siêu hấp thụ tĩnh điện là công nghệ mới nhất ở Việt Nam hiện nay để xử lý các chất hòa tan trong nước bao gồm muối, các chất ô nhiễm và các kim loại nặng như asen. Các chất hịa tan ln có thể xuất hiện dù nước đang trong vắt. Các chất hòa tan này thường điện ly thành ion âm và dương do nước là dung môi phân cực, các ion bao gồm các ion khống chất có lợi và các ion đợc hại, kim loại nặng. Công nghệ CDI sử dụng cộng nghệ điện phân dùng điện cực để hút các ion hòa tan trong nước bao gồm: ion kim loại nặng, các chất đợc và chất khống.
2.2.2. Ngun lý hoạt động của công nghệ CDI
Công nghệ CDI bao gồm nhiều lớp điện cực carbon được xếp chồng lên nhau. Nước qua các điện cực này ở áp suất rất thấp và chảy qua các điện cực, sẽ tạo nên sự chênh lệch điện áp (tạo thành một tụ điện) giữa chúng để phân tách các ion có trong nước. Khối lọc hút ion siêu hấp thu (công nghệ CDI) ưu tiêu hấp thu các chất đợc hại và ưu tiên các vi khống đi qua do các cơ chế sau:
+ Các ion đợc hại thường có điện tích lớn (Fe3+, Al3+, Cr3+, As3-,…) nên bị khối lọc hút ion mạnh hơn. Trong khi các khống chất có lợi thì ngược lại (K+, Na+, Ca+,
40 Mg2+, Zn2+,…) và các khống chất tốt thường có kích thước nhỏ nên bị nước cuốn theo mạnh hơn do đó sẽ có khả năng giữ được các loại khống chất này trong chu kì nước lọc.
+ Tỷ lệ khoáng chất trong nước cao hơn rất nhiều so với chất độc, nên dù bị lọc mợt phần vẫn cịn một lượng lớn.
+ Sự hấp thu các ion với tỷ lệ giữ lại bao nhiêu có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp hút ion hoặc tốc đợ dịng nước chảy.
Mợt chu trình CDI bao gồm hai bước, bước đầu tiên là sự hấp thụ ion hoặc bước sạc, để làm sạch nước, trong đó các ion bị bắt giữ tại bề mặt các lớp điện cực carbon. Đây là chu kỳ lọc.
Hình 2.1. a) Mơi trường tĩnh điện hút các ion hịa tan; b) Các ion hịa tan - đảo ngược
cực tính [12].
Trong bước tiếp theo, giải phóng năng lượng trong q trình tái tạo lại điện cực (giải phóng ion khỏi các điện cực) đồng thời để sạc điện và phục hồi năng lượng, do đó các điện cực được tái sinh. Đây là chu kỳ xả.
Khi nước di chuyển qua các điện cực cùng lúc mợt dịng điện trực tiếp sẽ được cung cấp. Điều này tạo ra mợt trường tĩnh điện thu hút các ion hịa tan trong nước đến các điện cực, điện trường có thể đạt 10.000 V/m. Do chỉ cung cấp mợt dịng điện thấp nên hiện tượng điện phân sinh ra khí sẽ không xảy ra. Kết quả là hút các ion kim loại nặng, các chất đợc, khử khống mợt phần hoặc tồn bợ nước.
41
Hình 2.2. Khi có sự chênh lệch điện áp giữa hai điện cực carbon, các ion bị giữ
lại ở hai điện cực, cation vào điện cực âm (cực âm), anion vào điện cực dương (cực dương). Ở phía trước cực âm, một màng trao đổi cation được đặt, trong khi
màng trao đổi anion được đặt ở phía trước cực dương [28].
Các điện cực hoạt đợng giống như các tụ điện bình thường. Tại mợt thời điểm nhất định, các ion sẽ bao phủ tồn bợ bề mặt của các điện cực bão hòa chúng. Khi điều này xảy ra, hệ thống cảm nhận được sự khác biệt điện thế và tự động đảo ngược cực tính của các điện cực. Bằng cách đó, các ion bị giữ tại các điện cực sẽ được giải phóng và được thải ra ngồi trong chu kì xả.