Electrodialytische Entsalzung bei hohen Strömen - Das Zusammenspiel von Elektrokonvektion, Wasserdissoziation und Kanalgeometrie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Wessling
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430046158

Elektrokonvektive Wirbel, die in einer Elektrodialysezelle entstehen, erhöhen den Stoffaustausch signifikant. Sie führen der Membranoberfläche durch die Grenzschicht, an der die Erschöpfung stattfindet, konvektiv ionenreiche Lösung zu. Bis heute ist unklar, ob dieser positive Effekt auch in Spacer-gefüllten Kanälen mit Querströmung auftritt. Trotz der Bedeutung dieser Wirbel wird die Art ihrer Entstehung und Entwicklung noch immer ausführlich diskutiert. Zusätzlich wurde bei den meisten Modellierungsansätzen der Elektrokonvektion auf die Betrachtung der Wasserdissoziation verzichtet, die das zweite entscheidende Phänomen für den möglichen Stromanstieg bei hohen Stromdichten ist. Bei hohen Antriebskräften zerfällt Wasser in H+ und OH- Ionen, die ebenfalls zum Strom beitragen und mit der Elektrokonvektion interagieren. Dieser Prozess ist in den meisten Anwendungen nicht erwünscht, da er den angestrebten Ionenfluss senkt. Darüber hinaus ist wenig über den Einfluss von Spacern auf die Elektrokonvektion bekannt. Die Frage, ob Spacer, die in einen Kanal eingebracht werden, Elektrokonvektion verstärken oder unterdrücken ist noch nicht beantwortet. Der Antrag zielt darauf ab diese Fragestellung für den Einsatz von hohen Stromdichten zu beantworten. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Rolle der Spacer im Kanal. Dieser einzigartige Forschungsansatz kombiniert numerische und experimentelle Methoden mit komplementären Kompetenzen der russischen und deutschen Forschungsteams. Das Projekt wird tiefe Einblicke in das Zusammenspiel von Elektrokonvektion, Konvektion durch Spacer und Wasserdissoziation bei hohen Stromdichten liefern. Die gewonnenen Erkenntnisse werden den Anwendungsbereich der elektrodialytischen Entsalzung auf hohe Stromdichten erweitern - ein Anwendungsbereich, der derzeit aufgrund des unvollständigen Verständnisses der beteiligten Phänomene vermieden wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Makhamet Ali Urtenov, bis 3/2022