Транспортные и структурные характеристики гетерогенных ионообменных мембран с различной дисперсностью ионообменника

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В работе изучены структурные и транспортные (электропроводность и диффузионная проницаемость) катионо- и анионообменных мембран с различной дисперсностью частиц ионообменной смолы. Экспериментальные катионообменные мембраны МК-40 и анионообменные мембраны МА-41 с варьируемым размером частиц ионообменной смолы от <20 мкм до <71 мкм были изготовлены на ООО “ИП “Щекиноазот” (Россия). Сравнительный анализ структурных характеристик мембран методом РЭМ выявил анизотропию свойств поверхности и среза. Внутренняя фаза мембраны характеризуется большими величинами доли и размеров ионообменника, макропористости. Проведено сравнение концентрационных зависимостей удельной электропроводности и диффузионной проницаемости экспериментальных мембран. Анализ значений модельных транспортно-структурных параметров показал, что при уменьшении размера частиц ионообменника наблюдается возрастание проводимости гелевой фазы от 0.39 до 0.47 См/м и от 0.15 до 0.26 См/м для катионо- и анионообменных мембран, а также перераспределение путей переноса тока в мембране. Выявлено увеличение вклада переноса по каналу внутреннего равновесного раствора, при этом числа переноса противоионов изменяются незначительно. Информация об изменении структуры транспортных каналов в мембранах с разным размером частиц ионообменника, полученная на основе анализа модельных параметров, согласуется с данными независимых исследований морфологии их поверхности и среза методом РЭМ.

В работе изучены структурные и транспортные (электропроводность и диффузионная проницаемость) катионо- и анионообменных мембран с различной дисперсностью частиц ионообменной смолы. Экспериментальные катионообменные мембраны МК-40 и анионообменные мембраны МА-41 с варьируемым размером частиц ионообменной смолы от <20 мкм до <71 мкм были изготовлены на ООО “ИП “Щекиноазот” (Россия). Сравнительный анализ структурных характеристик мембран методом РЭМ выявил анизотропию свойств поверхности и среза. Внутренняя фаза мембраны характеризуется большими величинами доли и размеров ионообменника, макропористости. Проведено сравнение концентрационных зависимостей удельной электропроводности и диффузионной проницаемости экспериментальных мембран. Анализ значений модельных транспортно-структурных параметров показал, что при уменьшении размера частиц ионообменника наблюдается возрастание проводимости гелевой фазы от 0.39 до 0.47 См/м и от 0.15 до 0.26 См/м для катионо- и анионообменных мембран, а также перераспределение путей переноса тока в мембране. Выявлено увеличение вклада переноса по каналу внутреннего равновесного раствора, при этом числа переноса противоионов изменяются незначительно. Информация об изменении структуры транспортных каналов в мембранах с разным размером частиц ионообменника, полученная на основе анализа модельных параметров, согласуется с данными независимых исследований морфологии их поверхности и среза методом РЭМ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. И. Васильева

ФГБОУ ВО “Воронежский государственный университет”

Email: falina@chem.kubsu.ru
Россия, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

Е. Е. Мещерякова

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Email: falina@chem.kubsu.ru
Россия, Ставропольская, 149, Краснодар, 350040

О. И. Чернышова

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Email: falina@chem.kubsu.ru
Россия, Ставропольская, 149, Краснодар, 350040

М. А. Бровкина

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Email: falina@chem.kubsu.ru
Россия, Ставропольская, 149, Краснодар, 350040

И. В. Фалина

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Автор, ответственный за переписку.
Email: falina@chem.kubsu.ru
Россия, Ставропольская, 149, Краснодар, 350040

Э. М. Акберова

ФГБОУ ВО “Воронежский государственный университет”

Email: falina@chem.kubsu.ru
Россия, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

С. В. Добрыдень

ФГБОУ ВО “Воронежский государственный университет”

Email: falina@chem.kubsu.ru
Россия, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

Список литературы

  1. Akberova E.M., Vasil’eva V.I. // Electrochemistry Communications. 2020. V. 111. №. 106659.
  2. Vyas P.V., Ray P., Adhikary S.K., Shah B.G., Rangarajan R. // Journal of Colloid and Interface Science. 2003. V. 257. P. 127−134.
  3. Balster J., Yildirim M.H., Stamatialis D.F., Ibanez R., Lammertink R.G.H., Jordan V., Wessling M. // J. Phys. Chem. B. 2007. V. 111. P. 2152−2165.
  4. Davidson S.M., Wessling M., Mani A. // Scientific Reports. 2016. V. 6. № 22505.
  5. Choi J.H., Kim S.H., Moon S.H. // Journal of Colloid and Interface Science. 2001. V. 241. P. 120–126.
  6. Hosseini S.M., Madaeni S.S., Khodabakhshi A.R. // Journal of Membrane Science. 2010. V. 351. P. 178−188.
  7. Hosseini S.M., Madaeni S.S., Heidari A.R., Moghadassi A.R. // Desalination. 2011. V. 279. P. 306–314.
  8. Hosseini S.M., Madaeni S.S., Heidari A.R., Khodabakhshi A.R. // Desalination. 2012. V. 285. P. 253–262.
  9. Mofrad A.E., Moheb A., Masigol M., Sadeghi M., Radmanesh F. // Journal of Colloid and Interface Science. 2018. V. 532. P. 546–556.
  10. Wang B., Wang M., Wang K., Jia Yu. // Desalination. 2016. V. 384. P. 43−51.
  11. Васильева В.И., Жильцова А.В., Акберова Э.М., Фатаева А.И. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2014. Т. 16. № 3. С. 257−261.
  12. Vyas P.V., Shah B.G., Trivedi G.S., Ray P., Adhikary S.K., Rangarajan R. // Reactive & Functional Polymers. 2000. V. 44. P. 101–110.
  13. Vyas P.V., Shah B.G., Trivedi G.S., Ray P., Adhikary S.K., Rangarajan R. // Journal of Membrane Science. 2001. V. 187. P. 39–46.
  14. Berezina N.P., Timofeev S.V., Kononenko N.A. // J. Membr. Sci. 2002. V. 209. P. 509−518.
  15. Karpenko, L.V., Demina, O.A., Dvorkina, G.A., Parshikov, S.B., Larchet, C., Auclair B., Berezina N.P. // Russ. J. Electrochem. 2001. V. 37. P. 287–293.
  16. Zabolotsky V.I., Nikonenko V.V. // J. Membr. Sci. 1993. V. 79. P. 181−198.
  17. Демина О.А., Кононенко Н.А., Фалина И.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2014. Т. 4. № 2. С. 83−94.
  18. Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P. // Advances in Colloid and Interface Sci. 2008. V. 139. P. 3−28.
  19. Рид С., Дж. Б. // Электронно-зондовый микроанализ и растровая электронная микроскопия в геологии. М.: Техносфера, 2008. 232 с.
  20. Васильева В.И., Акберова Э.М., Жильцова А.В., Черных Е.И., Сирота Е.А., Агапов Б.Л. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2013. № 9. С. 27–34.
  21. Vobecká L., Svoboda M., Beneš J., Belloň T., Slouka Z. // Journal of Membrane Science. 2018. V. 559. P. 127–137.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микрогетерогенная структура гетерогенной сульфокатионообменной мембраны.

Скачать (26KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РЭМ-изображения поверхности (а, в) и среза (б, г) исходно-набухших образцов катионообменной мембраны МК-40 с размером частиц ионообменника <20 мкм (а, б) и 56–71 мкм (в, г) при увеличении 500.

Скачать (49KB)
Метаданные
4. Рис. 3. РЭМ-изображения поверхности (а, в) и среза (б, г) исходно-набухших образцов анионообменной мембраны МА-41 с размером частиц ионообменника <20 мкм (а, б) и 56–71 мкм (в, г) при увеличении 500.

Скачать (54KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Доля частиц ионообменной смолы с разным радиусом SR от общей площади проводящей фазы S0 на поверхности (1) и в срезе (2) катионообменной мембраны МК-40 с размером частиц ионообменника 56–71 мкм.

Скачать (21KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Доля частиц ионообменной смолы с разным радиусом SR от общей площади проводящей фазы S0 в срезе образцов мембран МК-40 с разным размером частиц ионообменника.

Скачать (22KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Концентрационные зависимости удельной электропроводности мембран МК-40 (а) и МА-41 (б) в растворах хлорида натрия. Числа у кривых соответствуют наибольшему размеру частиц в фракции.

Скачать (29KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Концентрационные зависимости интегральных коэффициентов диффузионной проницаемости мембран МК-40 (а) и МА-41 (б) в растворах хлорида натрия. Числа у кривых соответствуют наибольшему размеру частиц в фракции.

Скачать (28KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Концентрационные зависимости чисел переноса противоионов в катионо- (а) и анионообменных (б) мембранах с различным размером частиц ионообменной смолы.

Скачать (24KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024