Novas estratégias para aprimoramento da eficiência em deionização capacitiva: simulação numérica, estudo de célula e aplicação de campo magnético externo

dc.contributor.advisor1Souza, Ernesto Chaves Pereira de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1505400360366643
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1058-302X
dc.contributor.authorLuz, Felipe Staciaki da
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7654110890574124
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0003-0527-8098
dc.contributor.refereeRuotolo, Luís Augusto Martins
dc.contributor.refereeFaria, Ronaldo Censi
dc.contributor.refereeMarchesi, Luís Fernando Quintino Pereira
dc.contributor.refereeSobrinho, Renato Garcia de Freitas
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/6167735734348703
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/8659496864305621
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2116479070725283
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/5262842566597142
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-2517-0017
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-1094-9597
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-8083-2813
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-4480-7212
dc.date.accessioned2025-10-03T18:14:36Z
dc.date.issued2025-08-25
dc.description.abstractCapacitive deionization (CDI) has emerged as a promising electrochemical technology for desalination due to its low energy consumption, simple design, and potential for integration with renewable energy sources. However, its scalability and performance are still limited by challenges such as electrode saturation, co-ion repulsion, and slow adsorption kinetics. This thesis presents an integrated approach to enhance CDI performance through the development of new cell configurations, experimental evaluation, and multiphysics simulations. Particular focus was given to the application of ionic diodes and magnetic fields as tools to intensify ion removal and improve process continuity. Ionic diodes were implemented to promote directional ion flow and mitigate electrode saturation, resulting in significant increases in salt adsorption capacity (SAC) and overall system efficiency. The effect of dimensional and operational parameters was systematically investigated, revealing complex interactions governing mass transfer and energy efficiency. Furthermore, this work explored magnetohydrodynamic-assisted CDI, where the application of a magnetic field in conjunction with the electric field induced convective motion via the Lorentz force, intensifying ion transport and accelerating adsorption kinetics. Experimental results, supported by numerical simulations, demonstrated that the application of a magnetic field accelerates the electrosorption process and increases the amount of ions removed from water. The findings presented in this study provide important contributions to the understanding of the physical phenomena governing CDI and propose effective strategies to advance the technology toward sustainable desalination systems, particularly for brackish water treatment.eng
dc.description.resumoA deionização capacitiva (DIC) tem se destacado como uma tecnologia eletroquímica promissora para dessalinização, devido ao seu baixo consumo energético, design simples e potencial de integração com fontes de energia renovável. No entanto, sua escalabilidade e desempenho ainda são limitados por desafios como a saturação dos eletrodos, repulsão de co-íons e cinética lenta de adsorção. Esta tese apresenta uma abordagem integrada para aprimorar o desempenho da DIC por meio do desenvolvimento de novas configurações de célula, avaliação experimental e simulações multifísicas. Um foco particular foi dado à aplicação de diodos iônicos e campos magnéticos como ferramentas para intensificar a remoção de íons e melhorar a continuidade do processo. Diodos iônicos foram implementados para promover o fluxo iônico direcional e mitigar a saturação dos eletrodos, resultando em aumentos significativos na capacidade de adsorção de sal (SAC) e na eficiência do sistema. O efeito de parâmetros dimensionais e operacionais foi investigado sistematicamente, revelando complexas interações que governam a transferência de massa e a eficiência energética. Além disso, este trabalho explorou a DIC assistida pelo efeito magnetohidrodinâmico, onde a aplicação de um campo magnético em conjunto com o campo elétrico induziu movimentos convectivos por meio da força de Lorentz, intensificando o transporte de íons e acelerando a cinética de adsorção. Resultados experimentais, apoiados por simulações numéricas demonstraram que a aplicação do campo magnético acelera o processo de eletrossorção e aumenta a quantidade de íons removida da água. Os resultados apresentados neste estudo fornecem contribuições importantes para a compreensão dos fenômenos físicos que regem a DIC e propõem estratégias eficazes para o avanço da tecnologia em direção a sistemas de dessalinização sustentáveis, especialmente para o tratamento de águas salobras.por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipId2021/11630-1
dc.identifier.citationLUZ, Felipe Staciaki da. Novas estratégias para aprimoramento da eficiência em deionização capacitiva: simulação numérica, estudo de célula e aplicação de campo magnético externo. 2025. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22863.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22863
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQ
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectDessalinização eletroquímicapor
dc.subjectMétodo dos elementos finitospor
dc.subjectDiodos iônicospor
dc.subjectEfeito magnetohidrodinâmicopor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
dc.subject.ods6. Água Potável e Saneamento
dc.titleNovas estratégias para aprimoramento da eficiência em deionização capacitiva: simulação numérica, estudo de célula e aplicação de campo magnético externopor
dc.title.alternativeNew strategies for enhancing the efficiency of capacitive deionization: numerical simulation, cell study, and application of an external magnetic fieldeng
dc.typeTese

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