Investigation of transport phenomena in an electrodeionization process for the removal of copper ions from diluted solutions : experimental study and modeling
Phénomènes de transfert dans un procédé d'électrodéionisation de solutions diluées de cuivre : étude expérimentale et modélisation
Résumé
The work is devoted to comprehension and modeling, as weIl experimental as numerical, of the electro-deionization on three strong-acid cations exchangers on a pilot at lab scale for copper removal from dilute synthetic solutions of copper simulating rinsing waters issued from galvanic processes. Electrodeionization is a hybrid process based on a combination of ion exchange and electrodialysis. Before apprehending this hybrid process the ~echanisms of transport of ions in the resin bed and the membrane using a kinetic model of J. Janssen et al. were studied. The operating conditions to implement to optimize the electrodeionization were sought and made it possible to establish the feasibility of this process. The effects of the height of the bed, the cross-linking degree, the density of current and the copper concentration in feed solution were studied. From the experimental results of the electrodeionization, the specific conductivity of the bed was estimated using a model which consists in calculation of the potential fields in the cell by integration of the Laplace equation using FEMLAB TM software.
Ce travail porte sur la compréhension et la modélisation, tant expérimentale que numérique, de l' électrodéionisation sur trois résines échangeuses de cations fortement acides sur un pilote de laboratoire pour traiter en continu des solutions synthétiques faiblement concentrées en cuivre simulant des eaux de rinçage de procédés galvaniques de dépôt de cuivre. Avant d'appréhender ce procédé hybride qu'est l'électrodéionisation et qui comporte une combinaison de résines échangeuses d'ions et d'électrodialyse, nous avons étudié les mécanismes de transport d'ions dans le lit de résine et la membrane à l'aide du modèle cinétique de J. Janssen et al. . Les conditions opératoires à mettre en oeuvre pour optimiser l'électrodéionisation ont été recherchées et ont permis d'établir la faisabilité de ce procédé. Les effets de la hauteur du lit, le taux de réticulation, la densité de courant et la concentration en cuivre dans la solution d'alimentation ont été étudiés. A partir des résultats expérimentaux de l' électrodéionisation, la conductivité spécifique du lit a été estimée à l'aide d'un modèle qui consiste à calculer les champs de potentiel dans la cellule par résolution de l'équation de Laplace à l'aide du logiciel FEMLAB.