{"id":14743,"date":"2026-05-04T07:47:14","date_gmt":"2026-05-04T07:47:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/alaaeldin-elozeiri\/"},"modified":"2026-05-04T07:47:36","modified_gmt":"2026-05-04T07:47:36","slug":"alaaeldin-elozeiri","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/alaaeldin-elozeiri\/","title":{"rendered":"Alaaeldin Elozeiri"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":14744,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-14743","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Ion-Selective Electrodialysis for Water Treatment Applications","samenvatting":"Beschikbaarheid van grondstoffen betekent niet noodzakelijk dat aan de vraag wordt voldaan. Water met een te hoog zoutgehalte voldoet bijvoorbeeld niet aan de behoefte aan drinkwater. Fosfaatoplossingen met hoge chloride gehalte zijn niet geschikt als meststof voor planten. Ionselectieve scheidingen zijn gewenst voor diverse toepassingen, zoals ontzilting, selectieve verwijdering, terugwinning van grondstoffen en productzuivering. Elektrodialyse is een membraantechnologie die kan worden afgestemd op de selectieve terugwinning of verwijdering van een specifieke ionensoort uit waterige mengsels. Bij elektrodialyse wordt een potentiaalverschil aangelegd over ionenuitwisselingsmembranen om ionentransport van de ene oplossing naar de andere te stimuleren. Ionenuitwisselingsmembranen zijn essenti\u00eble componenten van diverse elektrochemische watertechnologie\u00ebn vanwege hun vermogen om ionensoorten in waterige oplossingen te scheiden of te zuiveren. In elektrodialyse worden kationuitwisselingsmembranen (CEM\u2019s) gebruikt om het transport van kationen mogelijk te maken, terwijl de lekkage van anionen wordt onderdrukt door de negatief geladen groepen die in het membraanpolymeer zijn gefixeerd. Daarnaast kunnen oppervlakte modificaties worden toegepast om de fluxselectiviteit tussen verschillende tegenionen over ionenuitwisseling membranen (kationen over CEM\u2019s) te verbeteren.\n\nDit proefschrift richt zich op de transport verschijnselen over verschillende membranen in elektrodialyse. Om de fluxselectiviteit te sturen, hebben we de ionentransportmechanismen in polyelektrolytmultilaagcoatings (PEM\u2019s) onderzocht en het toepassingspotentieel van PEM\u2019s in elektrodialyse en bipolaire membraandialyse verkend.\n\nIonentransport over membranen hangt af van de ionenmobiliteit en concentratie in de oplossing, evenals van de ionenmobiliteit binnen het membraan en het ionenevenwicht tussen oplossing en membraan. We hebben het ionenevenwicht tussen CEM\u2019s en quarternaire elektrolytoplossingen (Na+\/Mg2+\/K+\/Ca2+\/Cl-) gemodelleerd met een minimaal aantal aanpassingsparameters. In evenwicht domineerden de meerwaardige kationen de CEM ten opzichte van eenwaardige kationen bij lage ionsterktes van de oplossing. Bij toenemende ionsterkte van de oplossing nam de equivalente ionfractie van eenwaardige tegenionen in het membraan toe ten koste van de meerwaardige ionen, in overeenstemming met de Donnan-evenwichtstheorie.\n\nVoor ongecoate membranen hebben we de factoren onderzocht die de mobiliteit van kationen (Na+\/Mg2+\/K+\/Ca2+) in het kationenuitwisselingsmembraan en van anionen (Cl-\/SO42-\/H2PO4-) in het anionenuitwisselingsmembraan be\u00efnvloeden. De mobiliteit van verschillende tegenionen wordt in verschillende mate verminderd, voornamelijk op basis van de watervolumefractie in het membraan en de gehydrateerde grootte van het ion.\n\nWe hebben een zijde van verschillende commerci\u00eble CEM\u2019s gecoat met hetzelfde polyelektrolyt-multilaagsysteem, namelijk PAH\/PSS (poly(allylamine) en poly(4-styreen sulfonaat)) multilagen. De weerstand van het kale membraan neemt toe in de volgende volgorde van tegenionen: K+<Na+< Ca2+<Mg2+. Na het aanbrengen van de PEM-coating neemt de membraan weerstand verder toe, terwijl dezelfde volgorde ten opzichte van de kationen soorten behouden blijft. Het coaten van een zijde van het membraan met een PEM leidt tot een asymmetrische stroomspanning respons in oplossingen die Mg2+ en Ca2+ ionen bevatten. Daarentegen is de stroomspanning respons symmetrisch bij oplossingen met eenwaardige kationen, zoals Na+ en K+. We hebben een ionentransport model gebruikt om het waargenomen effect van de stroomrichting op de stroomspanningsrespons te verklaren en om de transportmechanismen door de PEM coating te analyseren. Een ander interessant aspect van PEM coatings is de rol van het basismembraan. De eigenschappen van de PEM hangen af van de watervolumefractie en de ionische ladingsdichtheid van het onderliggende ionenuitwisselingsmembraan. Zo leidt het coaten van een PAH\/PSS multilaag op een CEM met een lage watervolumefractie tot een dichtere structuur die de sterische zeving van ionen op basis van hun hydratatieverschil verbeterd.\n\nWat betreft de toepassingen hebben we het potentieel van omkeerbare elektrodialyse onderzocht voor ionen scheidingen, en van bipolaire membraanelektrodialyse voor de productie van zuren en basen uit onbehandelde pekel. Zeewater en onbehandelde pekels bevatten doorgaans Mg2+ en Ca2+ verontreinigingen die anorganische vervuiling kunnen verooraken en de effici\u00ebntie van het bipolaire membraan elektrodialyse proces kunnen verminderen. Om vervuiling door Mg2+ en Ca2+ te beperken, werden kationen uitwisseling membranen met PEM coatings gebruikt in de bipolaire membraanelektrodialysestack. De zuur- en baseproducten van bipolaire membraanelektrodialyse kunnen worden toegepast in verschillende water zuiveringsprocessen, zoals pH-aanpassingen van oplossingen en de regeneratie van ionenuitwisselingskolommen. Tot slot hebben we het regeneratieve afvalwater van industri\u00eble ionenuitwisseling kolommen gekarakteriseerd en strategie\u00ebn gepresenteerd om de water- en chemicali\u00ebnvoetafdruk van het regeneratieproces te verkleinen.","summary":"Resource availability does not necessarily mean that the demand is fulfilled. Water, containing excess salts, does not fulfill the drinking water demand. Phosphate solutions with high chloride impurities do not serve as a plant fertilizer. Ion-selective separations are desired for several applications, e.g., desalination, selective removal, resource recovery, and product purification. Electrodialysis is a membrane technology that can be tuned for selective recovery\/removal of an ionic species from aqueous mixtures. In electrodialysis, a potential difference is applied across ion-exchange membranes to drive ion transport from one solution to another. Ion-exchange membranes are essential components of several electrochemical water technologies, for their ability to separate or purify ionic species in aqueous solutions. In electrodialysis, cation-exchange membranes (CEMs) are used to allow the transport of cations while suppressing the anion leakage owing to the negatively charged groups fixed in the membrane polymer. Furthermore, surface modifications can be applied to enhance the flux selectivity between different counter-ions across ion-exchange membranes (cations across CEMs).\n\nThis thesis delves into the transport phenomena across different membranes in electrodialysis. To tune the flux selectivity, we investigated the ion transport mechanisms in polyelectrolyte multilayer (PEM) coatings and explored the application potential of PEM in electrodialysis and bipolar membrane electrodialysis.\n\nIon transport across membranes depends on the ion mobility and concentration in solution, as well as the ion mobility inside the membrane and the ion equilibria between the solution and the membrane. We modeled the ion equilibria between CEMs and quaternary electrolyte solutions (Na+\/Mg2+\/K+\/Ca2+\/Cl\u2212) using the minimum number of fitting parameters. At equilibrium, the multivalent cations dominated the CEM over monovalent ones at low solution ionic strengths. At increasing solution ionic strengths, the equivalent ion fractions of monovalent counter-ions inside the membrane increased at the expense of the multivalent ones in alignment with the Donnan equilibrium theory.\n\nFor uncoated membranes, we investigated the factors that affect the mobility of cations (Na+\/Mg2+\/K+\/Ca2+) inside the cation-exchange membrane and anions (Cl-\/SO42-\/H2PO4-) inside the anion-exchange membrane. The mobility of various counter-ions is reduced to different extents, mainly based on the membrane water volume fraction and the ion hydrated size.\n\nWe coated one side of different commercial CEMs with the same polyelectrolyte multilayer system, i.e., PAH\/PSS (poly(allylamine) and poly(4-styrenesulfonate)) multilayers. The bare membrane resistance increases in the following order of counter-ions: K+<Na+< Ca2+<Mg2+. After the PEM coating, the membrane resistance amplifies, while keeping the same order with respect to the cation species. Coating one side of the membrane with a PEM leads to an asymmetric current-voltage response in case of solutions containing Mg2+ and Ca2+ ions. Moreover, the current-voltage response is symmetric in the case of monovalent cations, e.g., Na+ and K+. We employed an ion transport model to explain the observed effect of the current direction on the current-voltage response and analyze the transport mechanisms across the PEM coating. Another interesting aspect of the PEM coatings is the role of the base membrane. The PEM properties depend on the water volume fraction and the ionic charge density of the base ion-exchange membrane. For example, coating the PAH\/PSS multilayer on a CEM of low water volume fraction leads to a tighter structure that enhances the steric sieving of ions based on their hydration shell.\n\nMoving to the applications, we explored the potential of electrodialysis reversal for ion separations, and of bipolar membrane electrodialysis for the production of acids and bases from untreated brine. Seawater and untreated brines typically contain Mg2+ and Ca2+ impurities that can form inorganic fouling and ruin the efficiency of the bipolar membrane electrodialysis process. To mitigate the Mg2+ and Ca2+ fouling, cation-exchange membranes coated with PEMs were used in the bipolar membrane electrodialysis stack. The acid and base products of the bipolar membrane electrodialysis can be applied in different water treatment processes, e.g., adjusting solution pH and the regeneration of ion-exchange columns. Lastly, we characterized the regeneration wastewater of industrial ion-exchange columns and presented strategies to reduce the water and chemical footprint of the regeneration process.","auteur":"Alaaeldin Elozeiri","auteur_slug":"alaaeldin-elozeiri","publicatiedatum":"5 juni 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/alaaeldinelozeiri?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/2ea746a6-0a96-4b65-88e4-f557e954d5a4\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"18913","isbn":"","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":14745,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14743","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=14743"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14743\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":14746,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14743\/revisions\/14746"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/14744"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=14743"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=14743"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}