Tracer and interdiffusion measurements of some common salts in aqueous solutions and in porous ceramic media

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Liukkonen, Simo, Prof., Aalto University, Department of Chemistry, Finland
dc.contributor.author Ahl, Jori
dc.date.accessioned 2014-10-06T09:00:14Z
dc.date.available 2014-10-06T09:00:14Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.isbn 978-952-60-5847-4 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5846-7 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/14144
dc.description.abstract There was a need for tracer diffusion measurement data in ternary MgCl2-NaCl-H2O system to test theoretical models of electrolytes and also need for interdiffusion coefficients in porous ceramic materials to be used in a simulation program to predict moisture and concentration profiles under different environmental conditions. In this work diffusion in aqueous solutions in absence and presence of porous ceramic brick medium was investigated with the Closed Capillary (CCM) and Diaphragm Cell Methods (DM). The tracer diffusion coefficients of 22NaCl were determined as a function of MgCl2 concentration in aqueous solutions at 298,15 K in a large concentration region. The Onsager limiting law was verified for the first time for a 2:1 electrolyte. The ionization effect of water was taken into account by resolving the relevant Nernst-Planck equations.  The interdiffusion coefficients of NaCl were measured in ceramic bricks New Red Brick (NRB), Old Light Brick (OLB) and Old Dark Brick (ODB). The effect of concentration and temperature and the salts NaCl, KCl, NaNO3, CaCl2, Na2SO4, MgCl2, Na2CO3 for diffusion coefficients were investigated. Numerical computer simulation and data analysis were carried out together to obtain both analytical and numerical solutions. For salt diffusion in fully saturated brick under isothermals condition a mathematical model was developed.  In this thesis the CCM was for the first time applied to the measurement of the diffusion coefficients in a porous medium. By taking the experimentally shown sorbed part of the salt flux into account, a Freundlich-like adsorption isotherm could be determined with the help of the calculated adsorption capacity function of NaCl in NRB at 298,15 K. Overall the main conclusion of this experimental thesis is that the methods of DM and CCM developed and optimized here are both excellent techniques for the salt diffusion coefficient measurements in porous ceramic media. In CCM as an absolute method the porosity of the medium can even be unknown. en
dc.description.abstract Väitöskirjan lähtökohtana oli tarve kokeellisille diffuusiokertoimille ternäärisissä MgCl2-NaCl-H2O liuoksissa ja binäärisissä yleisissä suolaliuoksissa huokoisissa väliaineissa. Näitä spesifisiä tracer- ja interdiffuusiokertoimia tarvitaan teoreettisten mallien testaamiseen elektrolyyteissä sekä parametreinä kosteus- ja suolakonsentraatioprofiileja huokoisessa väliaineessa erilaisissa ympäristöolosuhteissa ennustavissa simulaatio-ohjelmissa. Näiden haluttujen diffuusiokertoimien mittaamiseksi kehitettiin ja optimoitiin suljetun kapillaarin ja diafragmakennon mittausmenetelmiä (CCM ja DM).  22NaCl:n tracerdiffuusiokertoimet määritettiin vesiliuoksissa MgCl2:n konsentraation funktiona vesiliuoksissa lämpötilassa 298,15 K. Teoreettinen Onsagerin rajalaki (OLL) todistettiin kokeellisesti ensimmäistä kertaa 2:1 elektrolyytille. Veden ionitulon vaikutus diffuusiokertoimiin hyvin laimeissa liuoksissa rajalakialueella osoitettiin ratkaisemalla Nernst-Planck -yhtälöt veden ionisaatio huomioon ottaen. Väitöskirjassa CCM menetelmää sovellettiin myös ensimmäistä kertaa diffuusiokertoimien määrittämiseen huokoisessa väliaineessa.  NaCl:n interdiffuusiokertoimet mitattiin keraamisissa väliaineissa: uusi suomalainen punatiili (NRB), vanha vaalea tiili (OLB) ja vanha tumma tiili (ODB). Elektrolyyttien NaCl, KCl, NaNO3, CaCl2, Na2SO4, MgCl2, Na2CO3 diffuusiokertoimet sekä konsentraation ja lämpötilan vaikutus mitattiin. Kokeellisten diffuusiokertoimien, numeerisen analyysin ja tietokonesimulaation avulla esitettiin matemaattinen malli täysin elektrolyytillä kyllästetyssä tiiliväliaineessa vakiolämpötilassa. Loppupäätelmänä voidaan todeta, että sekä DM että CCM ovat kumpikin hyviä ja tarkkoja menetelmiä suolojen diffuusiokertoimien määrityksiin myös huokoisessa keraamisessa materiaalissa. Absoluuttisena menetelmänä CCM:ssä väliaineen huokoisuutta ei edes tarvitse tietää. fi
dc.format.extent 104 + app. 60
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 134/2014
dc.relation.haspart [Publication 1]: Ahl, J. and Liukkonen, S. Tracer Diffusion of Sodium-22 Chloride in MgCl2-H2O-Solutions, Z. Phys. Chem. 211 (1999) 69-83. DOI 10.1524/zpch.1999.211.Part_1.069.
dc.relation.haspart [Publication 2]: Ahl, J. Salt Diffusion in Brick Structures. Part I. Measurements with NaCl, J. Mater. Sci. 38 (2003) 2055-2061. DOI 10.1023/A:1023558026018.
dc.relation.haspart [Publication 3]: Ahl, J. Salt Diffusion in Brick Structures. Part II. The Effect of Temperature, Concentration and Salt, J. Mater. Sci. 39 (2004) 4247-4254. DOI 10.1023/B:JMSC.0000033406.40090.b4.
dc.relation.haspart [Publication 4]: Lü, X. and Ahl, J. Studying of Salt Diffusion Coefficient in Brick - Analytical and Numerical Methods, J. Mater. Sci. 40 (2005) 3795-3802. DOI 10.1007/s10853-005-3321-9.
dc.relation.haspart [Publication 5]: Ahl, J. and Lü, X. Studying of Salt Diffusion Behaviour in Brick, J. Mater. Sci. 42 (2007) 2512-2520. DOI 10.1007/s10853-006-1005-8.
dc.subject.other Chemistry en
dc.title Tracer and interdiffusion measurements of some common salts in aqueous solutions and in porous ceramic media en
dc.title Elektrolyyttien tracer- ja interdiffuusiomittauksia vesiliuoksissa ja huokoisissa keraamisissa väliaineissa fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Chemical Technology en
dc.contributor.department Kemian laitos fi
dc.contributor.department Department of Chemistry en
dc.subject.keyword tracer diffusion coefficient en
dc.subject.keyword closed capillary method en
dc.subject.keyword sodium-22 chloride tracer en
dc.subject.keyword salt diffusion in porous media en
dc.subject.keyword interdiffusion coefficient in fired ceramic brick en
dc.subject.keyword tracerdiffusiokerroin fi
dc.subject.keyword suljetun kapillaarin menetelmä fi
dc.subject.keyword natrium-22-kloridi merkkiaine fi
dc.subject.keyword suolan diffuusio huokoisessa materiaalissa fi
dc.subject.keyword interdiffuusiokerroin poltetussa keraamisessa tiilessä fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5847-4
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Kontturi, Kyösti, Prof., Aalto University, Department of Chemistry, Finland
dc.opn Aguilella Fernández, Vicente M., Prof., Universitat Jaume I de Castellón, Spain
dc.date.dateaccepted 2014-06-17
dc.contributor.lab Research Group of Physical Chemistry and Electrochemistry en
dc.contributor.lab Fysikaalisen kemian ja sähkökemian tutkimusryhmä fi
dc.rev Cervera, Javier, Assistant Prof., University of Valencia, Spain
dc.rev Leaist, Derek, Prof., St. Francis Xavier University, Canada
dc.date.defence 2014-10-17


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account