Separation of boron and lithium from aqueous solutions by bipolar membrane electrodialysis (BMED)

Abstract

Bu çalışmada bipolar membran elektrodiyaliz (BMED) metoduyla sulu çözeltilerden bor ve lityum giderimi ve geri kazanımı incelenmiştir. Bu amaçla, deneyler bor ve lityum içeren model çözeltiler kullanılarak yapılmıştır. Farklı iyon değiştirici membranlar içeren üç farklı BMED sistemi kullanılmış ve prosesi etkileyebileceği düşünülen bazı parametreler incelenmiştir. Çalışmalarda ASTOM ACILYZER model BMED sistemi, MEGA model BMED sistemi ve PC-Cell model BMED sistemleri kullanılmıştır. ED sisteminde bulunan asit ve baz bölmelerinde kullanılan asit ve baz çözeltilerinin türü ve derişimleri ile elektriksel potansiyelin etkisi ASTOM ACILYZER ve MEGA model BMED sistemleri kullanılarak incelenmiştir. Ek olarak, örnek çözeltinin akış hızının ve pH değerinin sisteme olan etkisi MEGA model BMED sistemi kullanılarak incelenmiştir. Proses parametreleri optimize edildikten sonra, MEGA model ve ASTOM ACILYZER model BMED sistemleri için optimum çalışma koşulları belirlenmiştir. Optimum koşullar bu iki BMED sistemi için de farklılık göstermiştir. Bu sonuç optimum çalışma koşullarının kullanılan BMED sistemine göre değişebileceğini göstermiştir. MEGA BMED sistemi ve ASTOM ACILYZER BMED sistemi için belirlenen optimum koşullar, PC-Cell BMED sistemine de uygulanarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.BMED deneylerinin sonucunda maksimum lityum ve bor geri kazanımları MEGA model BMED sistemi ile 25 V'luk elektriksel potansiyel altında, asit-baz bölmelerinde kullanılan asit baz derişimleri 0.003 M HCl-0.003 M NaOH, akış hızı 50 L/h ve örnek çözelti pH değeri 10 iken sırasıyla %71 ve %66 olarak elde edilmiştir. ASTOM ACILYZER model BMED sistemi ile elde edilen maksimum lityum ve bor geri kazanımları ise, 30 V elektriksel potansiyel altında, asit-baz bölmelerinde kullanılan asit baz derişimleri 0.05 M HCl-0.05 M NaOH iken, % 62 ve %50 olarak elde edilmiştir. Asit baz bölmelerinde kullanılan asit ve baz derişimleri 0.05 M HCl-0.05 M NaOH iken 20 V elektriksel potansiyel altında çözelti pH'ı 9.11 olduğunda maksimum lityum ve bor geri kazanımları PC-Cell BMED sistemiyle sırasıyla %76 ve %49 olarak elde edilmiştir.Anahtar kelimeler: Bor, lityum elektrodiyaliz, bipolar membran elektrodiyaliz, geri kazanım.

In this study, the feasibility of bipolar membrane electrodialysis (BMED) method for recovery of boron and lithium from aqueous solutions has been investigated. For this purpose, experiments were carried out with model solutions containing boron and lithium.Three different BMED systems containing different ion exchange membranes were used and some parameters affecting the process performance were investigated. ASTOM ACILYZER BMED system, MEGA BMED system and PC-Cell BMED system were used in studies. The influences of type and of acid base solutions in acid base chambers and the electrical potential applied were investigated using ASTOM ACILYZER and MEGA BMED systems. In addition, the influence of the feed flow rate and the pH of the feed solution on process were investigated using the MEGA BMED system. Once the process parameters have been optimized, the optimum conditions for the MEGA BMED system and the ASTOM ACILYZER BMED system have been determined. Optimal conditions were different for these two BMED systems. This result showed that the optimum conditions could change according to the BMED system used. Optimum conditions for MEGA BMED system and ASTOM ACILYZER BMED system were applied to PC-Cell BMED system.As a result of BMED experiments, the highest recoveries of lithium and boron were obtained as 71% and 66% respectively under 25 V of electrical potential with MEGA BMED system while initial concentrations of acid and base were 0.003 M HCl-0.003 M NaOH, feed flow rate was 50 L/h and pH value of the sample solution was 10. The highest recoveries of lithium and boron were obtained as 62% and 50%, respectively under electrical potential of 30 V of with ASTOM ACILYZER model BMED system while initial acid base concentrations were 0.05 M HCl-0.05 M NaOH. However, when three different BMED systems were compared and the experimental conditions were kept constant (0.05 M HCl-0.05 M NaOH), the highest recoveries of lithium and boron were achieved by PC-Cell BMED system as 76% and 49% under 20 V electrical potential.Keywords: Boron, lithium, electrodialysis (ED), bipolar membrane, recovery.