Сравнение гомогенной анионообменной мембраны на основе сополимера N,N-диаллил-N,N-диметиламмоний хлорида и коммерческих анионообменных мембран при электродиализной переработке разбавленного раствора хлорида натрия

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В настоящей работе исследован процесс электродиализной переработки разбавленного раствора хлорида натрия с использованием коммерческих анионообменных мембран – гетерогенной МА-41 и гомогенной Neosepta АМХ и экспериментальной гомогенной мембраны МА-1. Скорость обессоливания и значение предельного тока для исследованных анионообменных мембран возрастает в ряду МА-41, МА-1, AMX. Установлено, что для коммерческих мембран процесс обессоливания при поддержании постоянного скачка потенциала на мембране сопровождается переходом в сверхпредельное состояние, и развитием сопряженных эффектов концентрационной поляризации – для мембраны AMX повышается полезный массоперенос за счет электроконвекции, а для мембраны МА-41 поток ионов соли снижается из-за протекания реакции диссоциации воды. Для мембраны МА-1 снижение концентрации раствора, наоборот, приводит к переходу системы в допредельное состояние, что может быть связано со значительным вкладом равновесной электроконвекции в процесс переноса ионов в разбавленных растворах в электромембранных системах с данной мембраной. Такое различие в свойствах мембран МА-1 и AMX приводит к тому, что коэффициенты массопереноса для мембраны МА-1 выше, по сравнению с мембраной AMX при скачках потенциала 1 и 2 В. Наиболее оптимальным режимом работы для мембраны МА-1 является скачок потенциала в электромембранной системе 1 В, при котором удельные энергозатраты составляют 0,24 кВт-ч/моль. В сравнимых условиях для мембраны AMX удельные энергозатраты составляют 0,34 кВт-ч/моль.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Бондарев

Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: bondarev.denis1992@outlook.com
Россия, 350040, ул. Ставропольская, 149, г. Краснодар

А. А. Самойленко

Кубанский государственный университет

Email: bondarev.denis1992@outlook.com
Россия, 350040, ул. Ставропольская, 149, г. Краснодар

С. С. Мельников

Кубанский государственный университет

Email: melnikov.stanislav@gmail.com
Россия, 350040, ул. Ставропольская, 149, г. Краснодар

Список литературы

  1. Э.М. Балавадзе , О.В. Бобрешова, П.И. Кулинцов, Успехи химии, 57, 1031 (1988).
  2. H. Strathmann, Desalination, 264, 268 (2010). https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.04.069
  3. P. Kumar, S.M. Rubinstein, I. Rubinstein, B. Zaltzman, Physical Review Research, 2, 033365 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033365
  4. L. Zhang, H. Jia, J. Wang, H. Wen, J. Li, J. Membr. Sci., 594, 117443, (2020) https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117443
  5. V.V. Nikonenko, S.A. Mareev, N.D. Pis ’ menskaya, A.M. Uzdenova, A.V. Kovalenko, M.K. Urtenov, G. Pourcelly, Russ. J. Electrochem. 53, 1122 (2017). https://doi.org/10.1134/S1023193517090099
  6. V.A. Shaposhnik, V.I. Vasil’eva, D.B. Praslov, J. Membr. Sci., 101, 23 (1995). https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00270-9
  7. Y. Sano, X. Bai, S. Amagai, A. Nakayama, Desalination, 444, 151 (2018). https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.01.034
  8. E.M. Akberova, V.I. Vasil’eva, V.I. Zabolotsky, L. Novak, J. Memb. Sci. 566, 317, (2018). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.08.042
  9. N.A. Mishchuk, Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 140, 75 (1998). https://doi.org/10.1016/S0927-7757(98)00216-7
  10. I. Rubinshtein, B. Zaltzman, J. Pretz, C. Linder, Russ. J. Electrochem., 38, 853 (2002). https://doi.org/10.1023/A:1016861711744
  11. V.I. Zabolotsky, A.V. Kovalenko, V.V. Nikonenko, M.H. Urtenov, K.A. Lebedev et al., Petroleum Chemistry, 57, 779 (2017). https://doi.org/10.1134/S0965544117090109
  12. V.I. Zabolotskiy, A.Y. But, V.I. Vasil ’ eva, E.M. Akberova, S.S. Melnikov, J. Membr. Sci. 526, 60 (2017). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.12.028
  13. K.A. Nebavskaya, V.V. Sarapulova, K.G. Sabbatovskiy, V.D. Sobolev, et al., J. Membr. Sci., 523, 36 (2017). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.09.038
  14. K.A. Nebavskaya, D.Y. Butylskii, I.A. Moroz, A.V. Nebavsky, N.D. Pismenskaya, V.V. Nikonenko, Petroleum Chemistry, 58, 780 (2018). https://doi.org/10.1134/S0965544118090086
  15. N.D. Pismenskaya, E.V. Pokhidnia, G. Pourcelly, V.V. Nikonenko, J. Membr. Sci., 566, 54 (2018). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.08.055
  16. Bondarev D., Melnikov S., Zabolotskiy V. J. Membr. Sci., 675, 121510 (2023). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.121510
  17. Y. Tanaka, M. Iwahashi, M. Kogure, J. Membr. Sci., 92, 217 (1994) https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00058-1.
  18. V.V. Nikonenko, A.G. Istoshin, M.Kh. Urtenov, V.I. Zabolotsky, C. Larchet, J. Benzaria, Desalination, 126, 207 (1999) https://doi.org/10.1016/S0011-9164(99)00176-9
  19. N.D. Pismenskaya, V.V. Nikonenko, N.A. Melnik, K.A. Shevtsova, E.I. Belova, G. Pourcelly, D. Cot, L. Dammak, C. Larchet, J. Phys. Chem. B. 116, 2145 (2012) https://doi.org/10.1021/jp2101896
  20. J.H. Choi, H.J. Lee, S.H. Moon, J. Colloid Interface Sci., 238, 188 (2001). https://doi.org/10.1006/jcis.2001.7510
  21. V.V. Nikonenko, N.D. Pismenskaya, E.I. Belova et al., Adv. Colloid Interface Sci., 160, 101 (2010). https://doi.org/10.1016/j.cis.2010.08.001

Дополнительные файлы

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

Скачать (66KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема экспериментальной установки. 1–4 – емкости с растворами; 5 – электродиализная ячейка; 6 – датчик pH; 7 – датчик электропроводности; 8 – капилляры соединенные с хлорсеребрянными электродами; 9 и 10 – поляризующие электроды; А и К – вспомогательные анионообменные и катионообменные мембраны; * – исследуемая мембрана; ЭК – электродные камеры (I); БК – буфферные камеры (II); КК – камера концентрирования (III); КО – камера обессоливания (IV).

Скачать (246KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вольтамперные характеристики исследуемых анионообменных мембран в растворе 0,02 М (а) и 0,01 М (б) хлорида натрия. 1 – AMX, 2 – МА-1, 3 – МА-41. Штриховая линия – теоретическая величина предельного тока, рассчитанная по уравнению Левека.

Скачать (129KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кинетические зависимости концентрации хлорида натрия и показателя pH в тракте обессоливания, полученные при различных скачках потенциала для систем с мембранами AMX (а), МА-1 (б) и МА-41 (в). Закрашенные маркеры – концентрация электролита, полые маркеры – показатель pH в тракте обессоливания Скачок потенциала, В: 1 – 0,5, 2 – 1, 3 – 2.

Скачать (274KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость коэффициента массопереноса от концентрации электролита в тракте обессоливания при скачке потенциала на исследуемой мембране и прилегающих растворах 0,5 В (а), 1 В (б) и 2 В (в). 1 – AMX, 2 – МА-1, 3 – МА-41.

Скачать (246KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Вольтамперные характеристики мембраны МА-1, представленные как зависимость безразмерной плотности тока от скачка потенциала, полученные в растворах хлорида натрия с концентрацией 1 – 0,02 М, 2 – 0,01 М.

Скачать (86KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Интегральные удельные энергозатраты на перенос одного моля ионов соли в процессе обессоливания раствора хлорида натрия от 0,02 М до 0,01 М.

Скачать (69KB)
Метаданные
9. Табл. 1 Рис 1.

Скачать (13KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024