Влияние кислотной активации бентонита в составе биполярной мембраны на характеристики электродиализной конверсии сульфата натрия

  • Сабухи Илич-оглы Нифталиев Воронежский государственный университет инженерных технологий пр. Революции, 19, Воронеж 394036, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-7887-3061
  • Ольга Анатольевна Козадерова Воронежский государственный университет инженерных технологий пр. Революции, 19, Воронеж 394036, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-8135-5801
  • Ксения Борисовна Ким Воронежский государственный университет инженерных технологий пр. Революции, 19, Воронеж 394036, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5564-8267
  • Петр Евгеньевич Белоусов Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, пер. Старомонетный, д. 35, Москва 119017, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-2657-5828
  • Виктория Валерьевна Крупская Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, пер. Старомонетный, д. 35, Москва 119017, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-6127-748X
  • Анна Васильевна Тимкова Воронежский государственный университет инженерных технологий пр. Революции, 19, Воронеж 394036, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-0630-2993
Ключевые слова: электродиализ, биполярная мембрана, кислотная активация, бентонит, сульфат натрия, кислота, щелочь

Аннотация

          Изучено влияние на характеристики процесса электродиализа кислотной активации бентонита, входящего в катионообменный слой экспериментальной биполярной мембраны, полученной путем нанесения на анионообменную мембрану-подложку МА-41 жидкого катионообменного слоя ЛФ-4СК, содержащего частицы бентонита.
         Кислотная активация бентонита осуществлялась азотной кислотой (С = 1 и 4 моль/дм3) в течение 6 часов, при температурах 20 и 90 °C. Проведена конверсия сульфата натрия (С = 0.5 моль/дм3) в шестисекционном электродиализном аппарате с экспериментальными биполярными мембранами, содержащими бентонит в исходном виде и после кислотной активации. Показано, что добавление в катионообменный слой биполярной мембраны бентонита, обработанного азотной кислотой (C = 4 моль/дм3, t = 90 °C, t = 6 ч), приводит к увеличению производительности, выхода по току и снижению энергетических затрат по сравнению с мембраной, содержащей бентонит в исходном виде.
          Экспериментальные биполярные мембраны, изготовленные на основе МА-41 и жидкого сульфокатионообменника, содержащего кислотно-активированные бентонитовые глины, позволяют получить производительность по кислоте и щелочи, сопоставимые с биполярной мембраной МБ-3.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Сабухи Илич-оглы Нифталиев, Воронежский государственный университет инженерных технологий пр. Революции, 19, Воронеж 394036, Российская Федерация

д. х. н., профессор, заведующий кафедрой неорганической химии
и химической технологии, Воронежский государственный университет инженерных технологий
(Воронеж, Российская Федерация)

Ольга Анатольевна Козадерова, Воронежский государственный университет инженерных технологий пр. Революции, 19, Воронеж 394036, Российская Федерация

д. х. н., профессор кафедры неорганической химии и химической
технологии, Воронежский государственный университет инженерных технологий (Воронеж, Российская Федерация)

Ксения Борисовна Ким, Воронежский государственный университет инженерных технологий пр. Революции, 19, Воронеж 394036, Российская Федерация

к. х. н., доцент кафедры
неорганической химии и химической технологии,
Воронежский государственный университет инженерных технологий (Воронеж, Российская Федерация)

Петр Евгеньевич Белоусов, Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, пер. Старомонетный, д. 35, Москва 119017, Российская Федерация

к. г.-м. н., с. н. с.,
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (Москва,
Российская Федерация)

Виктория Валерьевна Крупская, Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, пер. Старомонетный, д. 35, Москва 119017, Российская Федерация

к. г.-м. н., с. н. с.,
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (Москва,
Российская Федерация)

Анна Васильевна Тимкова, Воронежский государственный университет инженерных технологий пр. Революции, 19, Воронеж 394036, Российская Федерация

аспирант кафедры
неорганической химии и химической технологии,
Воронежский государственный университет инженерных технологий (Воронеж, Российская Федерация)

Литература

Melnikov S. S., Mugtamov O. A., Zabolotsky V. I. Study of electrodialysis concentration process of inorganic acids and salts for the two-stage conversion of salts into acids utilizing bipolar electrodialysis. Separation and Purification Technology. 2020;235: 116198–116208. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.116198

Wiśniewski J., Wiśniewska G., Winnicki T. Application of bipolar electrodialysis to the recovery of acids and bases from water solutions. Desalination. 2004;169(1): 11–20. https://doi.org/10.1016/j.desal.2004.08.003

Kozaderova O. A., Niftaliyev S. I., Kim K. B. Application of bipolar membranes MB-2 modified by chromium (III) hydroxide for sodium sulfate conversion process. ChemChemTech. 2019;62 (3): 30–36. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.6060/ivkkt201962fp.5811

Öner M. R., Kanca A., Ata O. N., Yapıcı S., Yaylalı N. A. Bipolar membrane electrodialysis for mixed salt water treatment: Evaluation of parameters on process performance. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021;9(4): 105750–105763. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105750

Niftaliev S., Kozaderova O., Kim K. Application of bipolar electrodialysis with modified membranes for the purification of chromic wastewater from galvanic production. Ecology and Industry of Russia. 2021;25(10): 4–9. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/ 10.18412/1816-0395-2021-10-4-9

Purcelli J. Electrodialysis with bipolar membranes: principles, optimization, and application. Russian Journal of Electrochemistry. 2002;38: 919–926. https://doi.org/10.1023/A:1016882216287

Zabolotskii V. I., Utin S. V., Lebedev K. A., Vasilenko P. A., Shel’deshov N. V. Study of pH correction process of chloride-bicarbonate dilute solutions by electrodialysis with bipolar membranes. Russian Journal of Electrochemistry. 2012;48(7): 767–772. https://doi.org/10.1134/S1023193512070130

Kovalev N. V., Karpenko T. V., Sheldeshov N. V., Zabolotsky V. I. Preparation and electrochemical properties of heterogeneous bipolar membranes with a catalyst for the water dissociation reaction. Membranes and Membrane Technologies. 2021;3: 231–244. https://doi.org/10.1134/S251775162104003X

Mel’nikov S. S., Shapovalova O. V., Shel’deshov N. V., Zabolotsky V. I. Effect of d-metal hydroxides on water dissociation in bipolar membranes. Petroleum Chemistry. 2011;51: 577–584. https://doi.org/10.1134/S0965544111070097

Xue Y.-H., Fu R.-Q., Fu Yan-xun, Xu T.-W. Fundamental studies on the intermediate layer of a bipolar membrane. V. Effect of silver halide and its dope in gelatin on water dissociation at the interface of a bipolar membrane. Journal of Colloid and Interface Science. 2006;298: 313–320. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.11.049

Liu Y., Chen J., Chen R., Zhou T., Ke C., Chen X. Effects of multi-walled carbon nanotubes on bipolar membrane properties. Mater. Chem. Phys. 2018;203: 259–265. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.09.068

Manohar M., Das A. K., Shahi V. K. Efficient bipolar membrane with functionalized graphene oxide interfacial layer for water splitting and converting salt into acid/base by electrodialysis. Industrial and. Engineering Chemistry Resseach. 2018;57: 1129–1136. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b03885

Martínez R. J., Farrell J. Water splitting activity of oxygen-containing groups in graphene oxide catalyst in bipolar membranes. Computational and Theoretical Chemistry. 2019;1164: 112556. https://doi.org/10.1016/j.comptc.2019.112556

Simons R. Water splitting in ion exchange membranes. Electrochimica Acta. 1985;30(3): 275-282. https://doi.org/10.1016/0013-4686(85)80184-5

Kozaderova O. A. Electrochemical characterization of an MB-2 bipolar membrane modified by nanosized chromium(III) hydroxide. Nanotechnologies in Russia. 2018;13(9-10): 508–515. https://doi.org/10.1134/S1995078018050075

Cheng G., Zhao Y., Li W., Zhang J., Wang X., Dong C. Performance enhancement of bipolar membranes odified by Fe complex catalyst. Journal of Membrane Science. 2019;589: 117243. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117243

Kang M.-S., Choi Y.-J., Lee H.-J., Moon S.-H. Effects of inorganic substances on water splitting in ion-exchange membranes; I. Electrochemical characteristics of ion-exchange membranes coated with iron hydroxide/oxide and

ilica sol. Journal Colloid and Interface Science. 2003;273 (2): 523–532. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.01.050

Kang M.-S., Choi Y.-J., Lee H.-J., Moon S.-H. Effects of inorganic substances on water splitting in ion-exchange membranes. II. Optimal contents of inorganic substances in preparing bipolar membranes. Journal of Colloid and Interface Science. 2004;273: 533–539. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.01.051

Eswaraswamy B., Suhag A., Goel P., Mandal P., Chattopadhyay S. Potential of montmorillonite nanoclay as water dissociation catalyst at the interface of bipolar membrane. Separation and Purification Technology. 2022;295: 121257–121268. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.121257

Kozaderova O. A., Kim K. B., Belousov P. E., Timkova A. V., Niftaliev S. I. Electrodialysis of a sodium sulphate solution with experimental bentonitemodified bipolar membranes. Condensed Matter and Interphases. 2021;23(4): 518–528. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3670

Peng F., Penga S., Huang С., Xu T. Modifying bipolar membranes with palygorskite and FeCl3. Journal of Membrane Science. 2008;322: 122–127. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2008.05.027

Lin J., Jiang B., Zhan Y. Effect of pre-treatment of bentonite with sodium and calcium ions on phosphate adsorption onto zirconium-modified bentonite. Journal of Environmental Management. 2018;217: 183–195. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.03.079

Masindi V. , Ramakokovhu M. M. The performance of thermally activated and vibratory ball milled South African bentonite clay for the removal of chromium ions from aqueous solution. Materials Today: Proceedings. 2021;38 (2): 964–974. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.490

Komadel P. Acid activated clays: Materials in continuous demand. Applied Clay Science. 2016;131: 84–99. https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.05.001

Atamanova O. V. , Tikhomirova E. I. , Kasymbekov Zh. K., Podoksenov A. A. Improving the sorption ability of modified bentonite during wastewater treatment by means of its activation. Water and ecology: problems and solutions. Water and Ecology: Problems and Solutions. 2020;1(81): 3–12. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.23968/2305-3488.2020.25.1.3-12

Krupskaya V., Novikova L., Tyupina E., Belousov P., Dorzhieva O., Zakusin S., Kim K., Roessner F., Badetti E., Brunelli A., Belchinskaya L. The influence of acid modification on the structure of montmorillonites and surface properties of bentonites. Applied Clay Science. 2019;172: 1–10. https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.02.001

Niftaliev S. I., Kozaderova O. A., Kim K. B., Belousov P. E. Timkova A. V., Golovkov I. A. Obtaining bentonite-modified bipolar ion-exchange membranes and study of their electrochemical characteristics. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2021;83(3): 216–225. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-216-225

Zabolotsky V. I., Berezina N. P., Nikonenko V. V., Shudrenko A. A. The evolution of membranous technologies on the base of electrodialysis method in Russia. Science of Kuban.2010;3: 4–10. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23764497

Membrane properties. Available at: http://www.ralex.eu/Membrany/Uvod.aspx

Timofeeva M. N., Panchenko V. N., Gil A., Vicente M. A. Effect of nitric acid modification of montmorillonite clay on synthesis of solketal from glycerol and acetone. Catalysis Communications. 2017; 90: 65–69. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2016.11.020

Опубликован
2022-11-01
Как цитировать
Нифталиев, С. И.-о., Козадерова, О. А., Ким, К. Б., Белоусов, П. Е., Крупская, В. В., & Тимкова, А. В. (2022). Влияние кислотной активации бентонита в составе биполярной мембраны на характеристики электродиализной конверсии сульфата натрия. Конденсированные среды и межфазные границы, 24(4), 504-510. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10554
Раздел
Оригинальные статьи