Exploring the Production of Sodium Hydroxide via Bipolar Electrodialysis from Sodium Carbonate Solutions

E. N. Nosova; Носова Е. Н.; D. M. Musatova; Мусатова Д. М.; S. S. Melnikov; Мельников С. С.; V. I. Zabolotsky; Заболоцкий В. И.

doi:10.31857/S221811722305005X

Exploring the Production of Sodium Hydroxide via Bipolar Electrodialysis from Sodium Carbonate Solutions

Authors: Nosova E.N.¹, Musatova D.M.¹, Melnikov S.S.¹, Zabolotsky V.I.¹
Affiliations:
1. Kuban State University
Issue: Vol 13, No 5 (2023)
Pages: 347-357
Section: Articles
URL: https://journal-vniispk.ru/2218-1172/article/view/140981
DOI: https://doi.org/10.31857/S221811722305005X
EDN: https://elibrary.ru/GLUVBX
ID: 140981

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

This study explores the production of sodium hydroxide via bipolar electrodialysis using MB-3 membranes and a laboratory electrodialyzer-synthesizer with a three-chamber unit cell (five elementary cells, active area of each membrane 1 dm²). The research compares the use of sodium carbonate and sodium sulfate as initial solutions. The results show that sodium carbonate leads to a higher concentration of the resulting alkali under comparable process conditions. The alkali current efficiency is more than 70% when using sodium carbonate, while it drops sharply to 0.4–0.5 when using sodium sulfate. The energy consumption for transferring one kilogram of alkali ranges from 2.8–13.9 kWh/kg at operating current densities of 1–3 A/dm².

Keywords

bipolar electrodialysis, electrodialysis with bipolar membranes, bipolar membrane, sodium hydroxide, sodium carbonate, current output

References

Cournoyer A., Bazinet L. // Membranes (Basel). 2023. V. 13. P. 205.
Bazinet L., Lamarche F., Ippersiel D. // Trends Food Sci. Technol. 1998. V. 9. P. 107–113.
Huang C., Xu T. // Environ. Sci. Technol. 2006. V. 40. P. 5233–5243.
Zabolotskii V.I., Sheldeshov N.V., Melnikov S.S. // Desalination. 2014. V. 342. P. 183–203.
Pärnamäe R., Mareev S., Nikonenko V. et al. // J. Memb. Sci. 2021. V. 617. P. 118538.
Nagasubramanian K., Chlanda F.P., Liu K.J. // J. Memb. Sci. 1977. V. 2. P. 109–124.
Chen T., Bi J., Ji Z. et al. // Water Res. 2022. V. 226. P. 119 274.
Luo H., Cheng X., Liu G. et al. // J. Memb. Sci. 2017. V. 523. P. 122–128.
Jaime-Ferrer J.S., Laborie S., Durand G. et al. // J. Memb. Sci. 2006. V. 280. P. 509–516.
Zhang X., Li C., Wang Y. et al. // J. Memb. Sci. 2011. V. 379. P. 184–190.
Pinacci P., Radaelli M. // Desalination. 2002. V. 148. P. 177–179.
Boyaval P., Seta J., Gavach C. // Enzyme Microb. Technol. 1993. V. 15. P. 683–686.
Fu L., Gao X., Yang Y. et al. // Sep. Purif. Technol. 2014. V. 127. P. 212–218.
Sun X., Lu H., Wang J. // J. Clean. Prod. 2017. V. 143. P. 250–256.
Kravtsov V., Kulikova I., Mikhaylin S., Bazinet L. // J. Food Eng. 2020. V. 277. P. 109891.
Kravtsov V.A., Kulikova I.K., Bessonov A.S., Evdokimov I.A. // J. Dairy Technol. 2020. V. 73. P. 261–269.
Merkel A., Ashrafi A.M., Ečer J. // J. Memb. Sci. 2018. V. 555. P. 185–196.
Aspirault C., Doyen A., Bazinet L. // J. Mol. Sci. 2020. V. 21. P. 2792.
Bunani S., Kabay N., Bunani S. et al. // Desalination. 2017. V. 416. P. 10–15.
Bunani S., Yoshizuka K., Nishihama S. et al. // Desalination. 2017. V. 424. P. 37–44.
İpekçi D., Kabay N., Bunani S. et al. // Desalination. 2020. V. 479. P. 114313.
Egorov E.N., Svittsov A.A., Dudnik S.N., Demkin V.I. // Pet. Chem. 2013. V. 52. P. 583–592.
Liu Y., Wu X., Dai L. et al. // Chemosphere. 2023. V. 310. P. 136822.
Wiśniewski J., Wiśniewska G., Winnicki T. // Desalination. 2004. V. 169. P. 11–20.
Negro C., Blanco M.A., López-Mateos F. et al. // Sep. Sci. Technol. 2001. V. 36. P. 1543–1556.
Mani K.N. // J. Memb. Sci. 1991. V. 58. P. 117–138.
Mani K.N., Chlanda F.P., Byszewski C.H. // Desalination. 1988. V. 68. P. 149–166.
Carmen C., Water G. // Membr. Technol. 1993. P. 5–9.
Melnikov S., Sheldeshov N., Zabolotsky V. et al. // Sep. Purif. Technol. 2017. V. 189. P. 74–81.
Bailly M. // Desalination. 2002. V. 144. P. 157–162.
Bailly M., Roux-De Balmann H., Aimar P. et al. // J. Memb. Sci. 2001. V. 191. P. 129–142.
Hülber-Beyer É., Bélafi-Bakó K., Nemestóthy N. // Chem. Pap. 2021. V. 75. P. 5223–5234.
Gineste J.L., Pourcelly G., Lorrain Y., F. et al. // J. Memb. Sci. 1996. V. 112. P. 199–208.
Ковалев Н.В., Карпенко Т.В., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. // Мембраны и мембранные технологии. 2020. Т. 10. С. 418–427. (англоязычная версия: Kovalev N.V., Karpenko T.V., Sheldeshov N.V., Zabolotskii V.I. // Membr. Membr. Technol. 2020. V. 2. P. 391–398.)
Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Гнусин Н.П. // Успехи Химии. 1988. Т. 57. С. 1403–1413.
Умнов В.В., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. // Электрохимия. 1999. Т. 35. С. 450–455. (англоязычная версия: Umnov V.V., Shel’deshov N.V., Zabolotskii V.I. // Russ. J Electrochem. 1999. V. 35. P. 411–416.)
Melnikov S.S., Nosova E.N., Melnikova E.D., Zabolotsky V.I. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 268. P. 118561.
Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И., Беспалов А.В., Ковалев Н.В., Алпатова Н.В., Акимова А.В,, Мочалова Т.В., Ковалева В.И., Боярищева А.Ю. // Мембраны и мембранные технологии. 2017. Т. 7. С. 187–191 (англоязычная версия: Sheldeshov N.V., Zabolotskii V.I., Bespalov A.V., Kovalev N.V., Alpatova N.V., Akimova A.V., Mochalova T.V., Kovaleva V.I., Boyarishcheva A.Yu. // Petroleum Chemistry. 2017. V. 57. P. 518–522.).
Melnikov S., Bondarev D., Nosova E., Melnikova E., Zabolotskiy V. // Membranes. 2020. V. 10. P. 346.
Achoh A., Zabolotsky V., Melnikov S. // Sep. Purif. Technol. 2019. V. 212. P. 929–940.
Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах. М.: Наука, 1996. 392 с.
Herrero-Gonzalez M., Diaz-Guridi P., Dominguez-Ramos A. et al. // Sep. Purif. Technol. 2020. V. 242. P. 116785.
Gnusin N.P., Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A. // J. Memb. Sci. 2004. V. 243. P. 301–310.
Горобченко А.Д., Гиль В.В., Никоненко В.В., Шарафан М.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. С. 480–490.
Ачох А.Р., Заболоцкий В.И., Лебедев К.А. и др. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. С. 58–78. (англоязычная версия: Achoh A.R., Zabolotsky V.I., Lebedev K.A. et al. // Membr. Membr. Technol. 2021. V. 3. P. 52–71.)
Мельникова Е.Д., Цыгурина К.А., Письменская Н.Д, Никоненко В.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. С. 360–370. (англоязычная версия: Melnikova E.D., Tsygurina K.A., Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V. // Membr. Membr. Technol. 2021. V. 3. P. 324–333.)