Избирательная проницаемость гомогенной бислойной мембраны МФ-4СК с селективным слоем из катионного полиэлектролита в смешанном растворе хлорида кальция и хлорида натрия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработаны новые гомогенные бислойные мембраны с тонким анионообменным слоем на основе сополимера N,N-диаллил-N,N-диметиламмоний хлорида (ДАДМАХ) и этилметакрилата (ЭМА) на поверхности мембраны-подложки из сульфированного политетрафторэтилена. Теоретически и экспериментально исследованы общие и парциальные вольтамперные характеристики, внешне- и внутридиффузионные предельные токи. Определены параметры удельной электропроводности, сорбции и диффузионной проницаемости отдельных слоев мембран, а также эффективные числа переноса и специфическая селективность бислойных гомогенных мембран в смешанных растворах хлорида кальция и хлорида натрия.

Установлено, что нанесение тонкого анионообменного слоя ДАДМАХ и ЭМА на гомогенную мембрану позволяет получить бислойную зарядселективную мембрану с повышенной селективностью к однозарядным катионам металлов. Специфическая селективность бислойной мембраны МК-2 к катионам натрия возрастает в более чем 6 раз (с 0.77 до 4.78) относительно исходной гомогенной мембраны-подложки МФ-4СК.

Проведена верификация полученных экспериментальных данных в рамках четырехслойной математической модели с квазиравновесными граничными условиями для системы диффузионный слой (I) / модифицирующий слой (II) / мембрана-подложка (III) / диффузионный слой (IV) в тернарных растворах NaCl+CaCl2.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Р. Ачох

Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: achoh-aslan@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

Д. А. Бондарев

Кубанский государственный университет

Email: achoh-aslan@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

С. С. Мельников

Кубанский государственный университет

Email: achoh-aslan@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

В. И. Заболоцкий

Кубанский государственный университет

Email: achoh-aslan@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

Список литературы

  1. Güler E., van Baak W., Saakes M., Nijmeijer K. // J. Membrane Science. 2014. V. 455. P. 254–270.
  2. Апель П.Ю., Бобрешова О.В., Волков А.В., и др. // Мембраны и мембранные технологии. 2019. Т. 9. С. 59–80.
  3. Grimm J., Bessarabov D., Sanderson R. // Desalination. 1998. V. 115. P. 285–294.
  4. Xu T. W., Huang C. H. // AIChE J. 2008. V. 54. P. 3147–3159.
  5. Tang W., He D., Zhang C., Kovalsky P., Waite T.D. //Water Res. 2017. V. 120. P. 229–237.
  6. Li X.F.,. Zhang H.M, Mai Z.S. et al. // Energy Environ. Sci. 2011. V. 4. P. 1147–1160.
  7. Qian Y., Huang L., Pan Y., et al. // Sep. Purif. Technol. 2018. V. 192. P. 78–87.
  8. Qiu Y., Park K. // Adv. Drug Delivery Rev. 2012. V. 64. P. 49–60.
  9. Титова Т.С., Юрова П.А., Кулешова В.А. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. C. 460–468.
  10. Ter Veen W.R., Koene L. // Metal Finishing. 2003. V. 101. P. 17–27
  11. Zhou Y., Yan H., Wang X., et al. // J. Membrane Science. 2016. V. 520. P. 345–353.
  12. Nir O., Sengpiel R.G., Wessling M. // Chem. Eng. J. 2018. V. 346. P. 640–648.
  13. Boucher M., Turcotte N., Guillemette V., et al. // Hydrometallurg. 1997. V. 45. P. 137–160.
  14. Díaz Nieto C., Palacios N., Verbeeck K., et al. // Water Research. 2019. V. 154 P. 117–124.
  15. Lacour S., Deluchat V., Bollinger J.C., Serpaud B. // Talanta. 1998. V. 46. P. 999–1009.
  16. Горобченко А.Д., Гиль В.В., Никоненко В.В., Шарафан М.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. С. 480–490.
  17. Sata T. // Royal Society of chemistry. 2007. V. 15. P. 68.
  18. Zabolotskii V., Sheldeshov N., Melnikov S. // J. Appl. Electrochem. 2013. V. 43. P. 1117–1129.
  19. Sata T. // J. Membrane Science. 1994. V. 93. P. 117–135.
  20. Abdu S., Wessling M. // ACS Applied Materials and Interfaces. 2014. V. 3. P. 1843–1854.
  21. Wang W., Liu R., Tan M., et al. // J. Membrane Science. 2019. V. 582. P. 236–245.
  22. Shkirskaya S., Kolechko M., Kononenko N. // Curr. Appl. Phys. 2015. V. 15. P. 1587–1592.
  23. Sata T., Izuo R. // J. Membrane Science. 1989. V. 45. P. 209–224.
  24. Golubenko D.V., Karavanova Yu.A., Melnikov S.S., et al. // J. Membrane Science. 2018. V. 563. P. 777–784.
  25. Bondarev D., Melnikov S., Zabolotsky V. // J. Membrane Science. 2023. V. 675. P. 121510.
  26. Nafion(tm) membranes and dispersions, URL: https://www.chemours.com/Nafion/en_US/index.html
  27. Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Шарафан М.В. // Электродимия. 2006. Т. 42. С. 1494.
  28. Заболоцкий В. И., Гнусин Н. П., Шеретова Г. М. // Журн. физ. химии. 1985. Т. 59. С. 2467–2471.
  29. Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P. // Colloid Inter-face Sci. 2008. V. 139. P. 3.
  30. Ачох, А.Р., Заболоцкий В.И., Лебедев К.А., Шарафан М.В., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. С. 58–78.
  31. Demina O.A., Shkirskaya S.A., Kononenko N.A., Nazyrova E.V. // Russ. J. Electrochem. 2016. V. 52. P. 291.
  32. Nightingale E.R. // J. Phys. Chem. 1959. V. 109. № 43. P. 1381.
  33. Afanas’ev V.N., Tyunina E.Yu. // Russian Journal of General Chemistry. 2004. № 5. V. 74. P. 673.
  34. Zavitsas A.A. // J. Phys. Chem. 2005. V. 109. № 43. P. 20636.
  35. Sarapulova V.V., Titorova V.D., Nikonenko V.V., Pismenskaya N.D. // Membranes and Membrane Technologies. 2019. V. 1. P. 168–182.
  36. Gorobchenko A., Mareev S., Vikonenko V. // Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(9), 4711; https://doi.org/10.3390/ijms23094711

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Химическая структура катионообменной мембраны-подложки МФ-4СК (а) и анионообменного модифицирующего слоя МА-1 (б).

Скачать (45KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ИК-спектр бислойной мембраны МК-2 со стороны катионообменного слоя (1) и со стороны анионообменного слоя (2).

Скачать (74KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость интегральной диффузионной проницаемости анионообменной мембраны МА-1 от концентрации электролита: 1 – NaCl; 2 – CaCl2.

Скачать (63KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость удельной электропроводности мембраны МА-1 от концентрации электролита: 1 – NaCl; 2 – CaCl2.

Скачать (63KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изотермы ионного обмена и донанновской сорбции в системе мембрана/тернарный раствор CaCl2 + NaCl c суммарной концентрацией 0.03 моль-экв/л. Маркерами показаны экспериментальные данные: 1 – МФ-4КС, 2 – МА-1; линиями показан расчет по уравнениям 3 и 4.

Скачать (85KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Общие ВАХ и парциальные токи по продуктам диссоциации воды бислойных гомогенных мембран в растворе 0.015 моль-экв/л NaCl и 0.015 моль-экв/л CaCl2 при скорости вращения мембранного диска 100 об/мин: 1, 4 – МФ-4СК; 2, 5– МК-1 с толщиной модифицирующей пленки 6 мкм; 3, 6 – МК-2 с толщиной модифицирующей пленки 24 мкм.

Скачать (136KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость предельной плотности тока от квадратного корня угловой скорости ВМД в смешанном растворе 0.015 моль-экв/л NaCl и 0.015 моль-экв/л CaCl2. Пунктирной линией показаны значения предельной плотности тока, рассчитанные по формуле 7. Маркерами показаны экспериментальные значения предельных токов, найденные методом касательных для мембран: 1 – МФ-4СК; 2 – МК-1; 3 – МК-2.

Скачать (80KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость коэффициента специфической селективности PNa+/Ca2+ от безразмерной плотности электрического тока в смешанном растворе 0.015 моль-экв/л NaCl и 0.015 моль-экв/л CaCl2 при скорости вращения мембранного диска 100 об/мин: маркерами представлены экспериментальные данные, сплошной линией показан расчет по четырехслойной математической модели [30], пунктирной линией показано предельное значение коэффициента селективной проницаемости рассчитанное по уравнению 11.

Скачать (106KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».