Селективное предельное концентрирование растворов электролитов с одно- и двухзарядными катионами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние анионообменного слоя сополимера N,N-диаллил-N,N-диметиламмоний хлорида и этилметакрилата на электрохимические свойства гомогенной катионообменной мембраны на основе перфторсульфополимера. Нанесение модифицирующего слоя толщиной 5 мкм на мембрану, толщиной 215 мкм приводит к снижению электропроводности не более чем на 35%, при этом диффузионная проницаемость снижается более чем в 5 раз и перестает зависеть от концентрации.

В ходе тестирования катионообменной и бислойной мембран в процессе предельного концентрирования раствора хлорида натрия достигаются сопоставимые степени концентрирования. Показана эффективность применения бислойной мембраны для селективного предельного электродиализного концентрирования. При концентрировании раствора, содержащего хлориды натрия и кальция в случае использования катионообменной мембраны коэффициент специфической селективной проницаемости P(Na+/Ca2+) составил от 0.5 до 1.2. Использование бислойной мембраны приводит к существенному увеличению коэффициента специфической селективной проницаемости до 1.5–2.7 в зависимости от плотности тока, что позволяет эффективно разделять электролиты, содержащие одно- и двухзарядные катионы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. О. Ковальчук

Кубанский государственный университет; Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова

Автор, ответственный за переписку.
Email: kovol13@yandex.ru
Россия, Краснодар; Новочеркасск

А. А. Миненко

Кубанский государственный университет

Email: kovol13@yandex.ru
Россия, Краснодар

Н. А. Романюк

Кубанский государственный университет

Email: kovol13@yandex.ru
Россия, Краснодар

Н. В. Смирнова

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова

Email: kovol13@yandex.ru
Россия, Новочеркасск

С. А. Лоза

Кубанский государственный университет

Email: kovol13@yandex.ru
Россия, Краснодар

В. И. Заболоцкий

Кубанский государственный университет

Email: kovol13@yandex.ru
Россия, Краснодар

Список литературы

  1. Al-Amshawee S., Yunus M.Y.B.M., Azoddein A.A.M. et al. // Chem. Eng. J. 2020. V. 380. 122231.
  2. Kabir M.M., Sabur G.M., Akter M.M. et al. // Desalination. 2024. V. 569. 117041.
  3. Shi J., Gong L., Zhang T., Sun S. // Membranes. 2022. V. 12. 767.
  4. Mustafa J., Al-Marzouqi A.H., El-Naas M.H., Ghasem N. // Desalination. 2021. V. 520. 115327.
  5. Turek M. // Desalination. 2003. V. 153. 115327.
  6. AlMadani H.M.N. // Renew. Energy. 2003. V. 28 (12). P. 1915–1924.
  7. Tado K., Sakai F., Sano Y., Nakayama A. // Desalination. 2016. V. 378. P. 60–66.
  8. Yan J., Wang H., Fu R. et al. // Desalination. 2022. V. 531. 115690.
  9. Gurreri L., Tamburini A., Cipollina A., Micale G. // Membranes. 2020. V. 10. 146.
  10. Sun B., Zhang M., Huang S. et al. // Sep. Purif. Technol. 2022. V. 281. 119907.
  11. Li C., Ramasamy D.L., Sillanpää M., Repo E. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 254. 117442.
  12. Kabir M.M., Sabur G.Md., Akter Mst. et al. // Desalination. 2024. V. 569. P. 117041.
  13. Cifuentes L., García I., Arriagada P., Casas J.M. // Sep. Purif. Technol. 2009. V. 68 (1). P. 105–108.
  14. Cerrillo-Gonzalez M. del M., Villen-Guzman. M., Rodriguez-Maroto J.M., Paz-Garcia J.M. // Metals. 2024. V. 14. 134857.
  15. Juve J.-M.A., Christensen F.M.S., Wang. Y., Wei Z. // Chem. Eng. J. 2022. V. 435. 134857.
  16. Havelka J., Fárová H., Jiříček T. et al. // Water Sci. Technol. 2019. V. 79 (8). P. 1580–1586.
  17. Balcik-Canbolat C., Sengezer C., Sakar H. et al. // Environ. Technol. 2020. V. 41 (4). P. 440–449.
  18. Moltedo J.J., Schwarz A., Gonzalez-Vogel A. // J. Environ. Manage, 2022. V. 303. 114104.
  19. Patel S.K., Lee B., Westerhoff P., Elimelech M. // Water. Res. 2024. V. 250. 121009.
  20. Sun B., Zhang M., Huang S. et al. // Desalination. 2021. V. 498. 114793.
  21. Cho Y., Kim K., Ahn J., Lee J. // Metals. 2020. V. 10. 851.
  22. Demin A.V., Zabolotskii V.I. // Russ. J. Electrochem. 2008. V. 44. P. 1058–1064.
  23. Лоза С.А., Романюк Н.А., Фалина И.В., Лоза Н.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. С. 269–290.
  24. Ge L., Wu B., Li Q. et al. // J. Memb. Sci. 2016. V. 498. P. 192–200.
  25. Hube S., Eskafi M., Hrafnkelsdóttir K.F. // Sci. Total Environ. 2020. V. 710. 136375.
  26. Babilas D., Muszyński J., Milewski A. et al. // Chem. Eng. J. 2021. V. 408. P. 127908.
  27. Luo T., Abdu S., Wessling M. // J. Memb. Sci. 2018. V. 555. P. 429–454.
  28. Ge L., Wu B., Yu D. et al. // Chinese J. Chem. Eng. 2017. V. 25. P. 1606–1615.
  29. Lysova A.A., Manin A.D., Golubenko D.V. et al. // J. Memb. Sci. 2025. V. 716. 123518.
  30. Manin A.D., Golubenko D.V., Yurova P.A., Yaroslavtsev A.B. // Mendeleev Commun. 2023. V. 33. P. 365–367.
  31. Golubenko D.V., Manin A.D., Wang Y. et al. // Desalination. 2022. V. 531. 115719.
  32. Golubenko D.V., Karavanova Y.A., Melnikov S.S. et al. // J. Memb. Sci. 2018. V. 563. P. 777–784.
  33. Karavanova Y.A., Kas’kova Z.M., Veresov A.G., Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2010. V. 55. P. 479–483.
  34. Li J., Zhou M.-li, Lin J.-yang et al. // J. Memb. Sci. 2015. V. 486. P. 89–96.
  35. Rehman D., Ahdab Y.D., Lienhard J.H. // Water Res. 2021. V. 199. 117171.
  36. Zhang W., Miao M., Pan J. et al. // Desalination. 2017. V. 411. P. 28–37.
  37. Lambert J., Avila-Rodriguez M., Durand G., Rakib M. // J. Memb. Sci. 2006. V. 280 (1–2). P. 219–225.
  38. Sata. T. // J. Memb. Sci. 1994. V. 93 (2). P. 117–135.
  39. Sata T., Sata T., Yang W. // J. Memb. Sci. 2002. V. 206. № 1–2. P. 31–60.
  40. Hosseini S.M., Alibakhshi H., Jashni E.et al. // J. Hazard. Mater. 2020. V. 381. 120884.
  41. Zhao C., Xue J., Ran F., Sun S. // Prog. Mater. Sci. 2013. V. 58, № 1. P. 76–150.
  42. Yurova, P.A.; Stenina, I.A.; Manin, A.D. et al. // Membr. Membr. Technol. 2024. V. 6. P. 55–62.
  43. Zhong S., Cui X., Fu T., Na H. // J. Power Sources. 2008. V. 180. P. 23–28.
  44. Falina I., Loza N., Loza S. et al. // Membranes. 2021. V. 11. 227.
  45. Salehi E., Hosseini S.M., Ansari S., Hamidi A. // J. Solid State Electrochem. 2016. V. 20. P. 371–377.
  46. Stenina I., Golubenko D., Nikonenko V., Yaroslavtsev A. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. 5517.
  47. Pang X., Tao Y., Xu Y.et al. // J. Memb. Sci. 2020. V. 595. 117544.
  48. Kumar P., Suhag S., Mandal J.R., Shahi V.K. // J. Memb. Sci. 2024. V. 711. 123168.
  49. Karavanova Y.A., Fedina K.G., Yaroslavtsev A.B. // Inorg. Mater. 2011. V. 47. P. 329–333.
  50. Melnikov S., Bondarev D., Nosova E. // Membranes. 2020. V. 10. 346.
  51. Bondarev D., Melnikov S., Zabolotskiy V. // J. Memb. Sci. 2023. V. 675. 121510.
  52. Патент N 2807369 Российская Федерация, МПК B01D 71/40 (2006.01), B01D 71/06 (2006.01). Способ получения гомогенной анионообменной мембраны: 2023124254: заявл. 20.09.2023: опубл. 14.11.2023 / Бондарев Д. А., Ачох А. Р., Беспалов А. В., Заболоцкий В. И.
  53. Achoh A., Bondarev D., Melnikov S., Zabolotsky V. // Electrochem. 2024. V. 5. P. 393–406.
  54. Loza S., Loza N., Kutenko N., Smyshlyaev N. // Membranes. 2022. V. 12. 985.
  55. Protasov K.V., Shkirskaya S.A., Berezina N.P., Zabolotskii V.I. // Russ. J. Electrochem. 2010. V. 46. P. 1131–1140.
  56. Stenina I.A., P.A. Yurova, L. Novak et al. // Colloid Polym. Sci. 2021. V. 299. P. 719–728.
  57. Zabolotsky V.I., Achoh A.R., Lebedev K.A., Melnikov S.S. // J. Memb. Sci. 2020. V. 608. P. 118152.
  58. Mareev, S.A.; Evdochenko, E.; Wessling, M. et al. // J. Memb. Sci. 2020. V. 603. 118010.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структурная формула сополимера N,N-диаллил-N,N-диметиламмоний хлорида и этилметакрилата

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема лЭДК с непроточными камерами концентрирования: А – анионообменная мембрана; К – катионообменная мембрана; ЭК – электродная камера; БК – буферная камера; КО – камера обессоливания; КК – камера концентрированияРис. 2. Схема лЭДК с непроточными камерами концентрирования: А – анионообменная мембрана; К – катионообменная мембрана; ЭК – электродная камера; БК – буферная камера; КО – камера обессоливания; КК – камера концентрирования

Скачать (38KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Удельная электропроводность исходной (1) и бислойной (2) мембраны в растворах NaCl.

Скачать (13KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Концентрационные зависимости интегрального коэффициента диффузионной проницаемости в растворе NaCl для исходной (1) и бислойной (2) мембраны.

Скачать (15KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость удельных энергозатрат от плотности тока с мембранными парами МФ4СКл/МА-41 (1) и МФ-4СКл5/МА-41 (2).

Скачать (19KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость величины падения потенциала в растворе хлорида натрия на исходной (1) и бислойной (2) мембране от плотности тока

Скачать (16KB)
Метаданные
8. Рис. 8. Зависимость концентрации (а, б) и плотности потоков (в, г) ионов Na+ (1) и Ca2+ (2) в КК от плотности тока при использовании мембранной пары МФ-4СКл/МА-41 (а, в) и МФ4СКл5/МА-41 (б, г).

Скачать (66KB)
Метаданные
9. Рис. 7. Зависимость величины падения потенциала в растворе хлоридов натрия и кальция на исходной (1) и бислойной (2) мембране.

Скачать (11KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость плотности потока растворителя (воды) в КК от плотности тока при использовании мембранной пары МФ-4СКл/МА-41 (а) и МФ-4СКл5/МА-41 (б).

Скачать (28KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость удельных энергозатрат от плотности тока при использовании мембранной пары МФ-4СКл/МА-41 (а) и МФ-4СКл5/МА-41 (б).

Скачать (23KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Вольт-амперная характеристика катионообменной мембраны в растворе хлоридов кальция и натрия для исходной (1) и бислойной (2) мембраны

Скачать (13KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Зависимость коэффициента специфической селективной проницаемости от i/ilim при использовании мембранной пары МФ-4СКл/МА-41 (а) и МФ-4СКл5/МА-41 (б).

Скачать (24KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024