Browsing by Author "Čížek, Jan"
Now showing 1 - 5 of 5
Results Per Page
Sort Options
- ItemDesalination Performance Assessment of Scalable, Multi-Stack Ready Shock Electrodialysis Unit Utilizing Anion-Exchange Membranes(MDPI, 2020-01-01) Čížek, Jan; Cvejn, Petr; Marek, Jaromír; Tvrzník, DavidIncumbent electromembrane separation processes, including electrodialysis (ED) and electrodeionization (EDI), provide competitive techniques for desalination, selective separation, and unique solutions for ultra-pure water production. However, most of these common electrochemical systems are limited by concentration polarization and the necessity for multistep raw water pre-treatment. Shock electrodialysis (SED) utilizes overlimiting current to produce fresh, deionized water in a single step process by extending ion depleted zones that propagate through a porous medium as a sharp concentration gradient or a shock wave. So far, SED has been demonstrated on small scale laboratory units using cation-exchange membranes. In this work, we present a scalable and multi-stack ready unit with a large, 5000 mm2 membrane active area designed and constructed at the Technical University of Liberec in cooperation with MemBrain s.r.o. and Mega a.s. companies (Czechia). We report more than 99% salt rejection using anion-exchange membranes, depending on a dimensionless parameter that scales the constant applied current by the limiting current. It is shown that these parameters are most probably associated with pore size and porous media chemistry. Further design changes need to be done to the separator, the porous medium, and other functional elements to improve the functionality and energy efficiency.
- ItemEfektivita odsolování škálovatelnou vícekomorovou jednotkou šokové elektrodialýzy jako funkce bezrozměrného proudu(2019-10-9) Čížek, Jan; Marek Jaromír, Ing. Ph.D. : 64106Zavedené elektromembránové procesy, jako je elektrodialýza a elektrodeionizace, představují významnou skupinu technologií pro desalinaci vody, selektivní separaci látek či přípravu ultra-čisté vody napříč různými sektory lidského působení. Šoková elektrodialýza (SED) je vznikající, odvozená metoda, která využívá nadlimitního proudu k indukci takzvaného deionizačního šoku a rozšíření iontově ochuzených mezních vrstev membrán do prostoru porézního média. Tím umožňuje produkci čisté, deionizované vody v jednom desalinačním kroku a překonává některé limity stávajících elektrochemických procesů, jako je koncentrační polarizace a limitní proudová hustota.Doposud byly funkce šokové elektrodialýzy demonstrovány pouze na malých laboratorních zařízeních s kapacitou v řádech setin, maximálně desetin mililitru vyprodukovaného odsoleného roztoku za minutu. Tato diplomová práce se věnuje testování a charakterizaci přepracované a ve všech ohledech zvětšené šokově-elektrodialyzní jednotky s o jeden až dva řády větší kapacitou a designem umožňujícím zapojení několika desalinačních komor současně, která byla vyvinuta ve spolupráci s firmami MemBrain s.r.o a MEGA a.s. Experimentální výsledky ukazují schopnost odstranit více než 99 % solí v závislosti na vloženém napětí v potenciostatickém režimu a bezrozměrném parametru, který škáluje průchozí proud proudem limitním, v režimu galvanostatickém. Výkon zařízení je rovněž funkcí velikosti pórů a povrchového náboje porézního média stejně jako jeho tvaru a velikosti. Práce též hodnotí a diskutuje výsledky zcela prvních experimentů provedených na dvoukomorovém uspořádání SED. Ačkoliv naměřená data ukazují zvýšenou spotřebu elektrické energie a destabilizaci výkonu dvoukomorového zařízení, konstrukční změny rozdělovače, optimální výběr porézního média a dalších funkčních prvků, mohou významně zlepšit efektivitu procesu i funkčnost celého zařízení.
- ItemOptimalizace porézního materiálu v modulu šokové elektrodialýzy(2017-10-19) Čížek, Jan; Marek Jaromír, Ing. Ph.D. : 64106; Mishra Rajesh, doc. Ph.D. Skolitel : 60165; Wiener Jakub, prof. Ing. Ph.D. Konzultant : 55161; Grešula Ondřej, Bc. Konzultant2 : 65952Šoková elektrodialýza je elektromembránová metoda určená k desalinaci vod a jiných elektrolytů. Proti klasické elektrodialýze a elektrodeionizaci, kde membrána odděluje iontově obohacené a ochuzené komory, dochází k separaci složek přímo mezi dvěma identickými iontově výměnnými membránami vznikem ostrého koncentračního gradientu jako tzv. šokové (rázové) vlny. Vznik hranice mezi odsolenou a zasolenou částí podmiňuje přítomnost porézního média jako výplně prostoru mezi membránami. Elektroosmotický tok, povrchová vodivost a další elektrochemické jevy v porézním médiu vedou k rozšíření mezních vrstev membrán do větších vzdáleností a umožňují odběr jak odsolené, tak zasolené části roztoku z jedné komory.V modulu šokové elektrodialýzy bylo otestováno několik přírodních a syntetických porézních materiálů, které dle teorie rázových vln můžou poskytnout vhodné prostředí pro vznik daných jevů. V této práci je ověřována funkčnost běžně dostupných porézních materiálů vlastnostmi podobných skleněné fritě využité v prvních prototypech vytvořených skupinou profesora Bažanta na M.I.T. Na základě poznatků z implementace materiálů do nových prototypů a výsledků ukazujících stabilní odsolení až 40 % je navržen postup při optimalizaci porézního materiálu. Zásadními vlastnostmi média jsou hydrodynamický odpor reflektující porozitu, distribuce velikosti pórů, dostatečná konstrukční stabilita a opracovatelnost materiálu, která jde ruku v ruce s optimální formou pro uložení materiálu. Funkčnost materiálu je podmíněna nastavením vhodných průtoků, volbou a uspořádáním součástí celého modulu.
- ItemOptimizing porous material in shock electrodialysis unit(DESALINATION PUBL, 36 WALCOTT VALLEY DRIVE,, HOPKINTON, MA 01748 USA, 2019-12-01) Marek, Jaromír; Čížek, Jan; Tvrzník, D.Shock electrodialysis (SED) is a new electromembrane process for water desalination. The principle is similar to electrodeionization - the product should be ultrapure water, but the inlet water can be the same quality as the inlet to electrodialysis. The ion exchange resin is substituted by porous media and used ion exchange membranes are just of one type (i.e., two cation exchange membranes or two anion exchange membranes). The use of porous media is essential. Many physical and chemical phenomena including electroosmotic flow, electroconvection, surface conduction combined in the moment lead to the phenomena of a "-shock wave" and SED, respectively. The mechanism of the wave is represented by the formation of a sharp border in the water stream between the highly concentrated and ion-free zone. The whole process was studied by Prof. Martin Bazant's group at MIT, Department of Chemical Engineering. The aim of this particular study is characterization and experimental testing of porous material as an essential component of SED. A variety of organic and synthetic porous materials were tested by various analytical methods and in the SED laboratory unit itself. The work reports an overview of commonly available and appropriate materials analogous to the glass frit used in the first prototypes developed by Bazant's group. Considering the physical properties and behavior in experimental conditions and based on the results exhibiting stable desalination, we suggest the optimal porous material as well as the housing for this media. Finally, it is represented by quality of products, hydrodynamic resistance, prize of the porous material, availability and also by workability (machinability) for appropriate shape and also construction stability.