Сорбционные характеристики и электропроводность анионообменных мембран в растворах молочной кислоты
Аннотация
Электромембранный синтез молочной кислоты и деминерализация ее водных растворов являются перспективным вариантом решения прикладных задач технологии переработки молочной сыворотки. Для эффективной организации электромембранного процесса необходима оценка сорбционной способности основных рабочих элементов аппаратов – ионообменных мембран. Анализ сорбционных характеристик и электропроводности мембран позволяет установить механизм взаимодействия веществ с ионообменниками, они необходимы для расчета кинетических параметров ионов в ионообменных мембранах, что важно при моделировании и интерпретации ионного транспорта в электромембранных системах. В настоящем исследовании изучены сорбционные характеристики сильноосновных анионообменных мембран с четвертичными аммониевыми группами МА-41 (Щекиноазот, Россия) и Ralex АМ(Н)-РР (Мега, Чехия) в индивидуальных водных растворах молочной кислоты (0.25
и 0.35 моль/дм3). Для мембраны МА-41, имеющей более крупные частицы ионообменного материала в своем составе, в сравнении с Ralex АМ(Н)-РР, доля необменной сорбции молочной кислоты достигает 25% от величины общей (обменной и необменной) сорбции, что в 2-3 раза больше, чем для мембраны Ralex АМ(Н)-РР. Исследуемые мембраны сопоставимы по величине общей сорбции молочной кислоты, которая имеет значение 2.06±0.16 ммоль/г. Построены кинетические кривые сорбции. Показано, что время достижения максимальной рабочей емкости изучаемых сильноосновных мембран с четвертичными аммониевыми группами разных производителей по молочной кислоте составляет 34 и 22 минуты (для исходных концентраций молочной кислоты 0.25 и 0.35 моль/дм3 соответственно). Измерена электропроводность образцов анионообменных мембран в изучаемых растворах молочной кислоты. Рассчитаны коэффициенты диффузии Lac--ионов в ионообменных мембранах. Предложен вариант оценки размера частиц ионита, входящего в состав гетерогенной мембраны, на основе анализа фотографий образцов мембран, полученных методом оптической микроскопии. Перед микроскопированием мембрану необходимо обработать в растворе индикатора. Это позволит усилить различия в светопроницаемости ионит/полиэтилен и выделить частицы ионита на фоне инертного связующего.
Скачивания
Литература
Malafeev K.V., Moskalyuk O.A., Yudin V.E. et al. Synthesis and properties of fibers prepared from lactic acid-glycolic acid copolymer. Polymer Science, Series A. 2017; 59 (1): 53-57. https://doi.org/10.1134/S0965545X17010096
Fomin V.A., Zavrazhnov S.A. Sostoyanie i napravleniya razvitiya rabot po polucheniyu biorazlagaemykh polimerov iz molochnoi kisloty. Plasticheskie massy. 2011; 5: 50-58. (In Russ.)
Zolotareva M.S., Volodin D.N., Bes-sonov A.S., Topalov V.K. Elektrodializ – naibolee effektivnyi protsess deminerali-zatsii molochnoi syvorotki. Molochnaya promyshlennost'. 2015; 3: 37-39. (In Russ.)
Shinkarev S.M., Aksenov A.V. Biotechnological method of obtaining lactic acid Patent RF, no. 2661792, 2018.
Khromova T.A., Rodionov D.A., Lazarev S.I., Polyansky K.K. Structural and kinetic characteristics of cheese whey. Cheesemaking and buttermaking. 2022; 1: 46-49. https://doi.org/10.31515/2073-4018-2022-1-46-48 (In Russ.)
Rodionov D.A., Lazarev S.I., Polyansky K.K., Abonosimov O.A., Polushkin D.L. Changing the structure of the whey flow in the tubular channel of the ultrafiltration element. Cheesemaking and butter-making. 2021; 1: 42-44. https://doi.org/10.31515/2073-4018-2021-42-44 (In Russ.)
Komesu A., Wolf Maciel M.R., Filho R.M. Separation and purifications technologies for lactic acid – A Brief Review. Bi-oResources. 2017; 12 (2): 4364-4383. https://doi.org/10.15376/biores.12.2.Komesu
Rostovtseva V.A., Pulyalina A. Yu., Dubovenko R.R., Saprykina N.N., Vinogradova L.V., Polotskaya G.A. Influence of ionic liquid on transport properties of hybrid membranes in the lactic acid de-hydration process. Membranes and Mem-brane Technologies. 2021; 3 (5): 274-281. https://doi.org/10.1134/S2517751621050103
Ovcharenko E.O., Vasil'eva V.I., Shaposhnik V.A., Kozaderova O.A. Sorbtsiya aminokislot kationoobmennoi membranoi. Sorptsionnye I khromatograficheskie protsessy. 2001; 1(1): 84-90. (In Russ.)
Kozaderova O.A., Shaposhnik V.A. Kinetic parameters of ion-exchange mem-brane in amino acid solutions. Russian Journal of Electrochemistry. 2004; 40 (7): 698-703. https://doi.org/10.1023/B:RUEL.0000035251.04661.f7
Kozaderova O.A., Kalinina S.A., Morgacheva E.A., Niftaliev S.I. Sorption characteristics and diffusion permeability of the MA-41 anion-exchange membrane in lactic acid solutions. Sorptsionnye I khromatograficheskie protsessy. 2021; 21 (3): 317-325. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3465 (In Russ.)
Selemenev V.F., Slavinskaya G.V., Khokhlov V.Yu. Praktikum po ionnomu obmenu. Voronezh, 2004, 160 р. (In Russ.)
Vasil'ev V.P. Analiticheskaya khimiya. V 2 ch. Ch. 2. Fiziko-khimicheskie metody analiza. Moskva. Vysshaya shkola, 1989, 384 р. (In Russ.)
Shaposhnik, V.A., Vasil'eva V.I., Grigorchuk O.V. Yavleniya perenosa v ionoobmennykh membranakh. M. MPhTI, 2001. 200 р. (In Russ.)
OOO IP Shchekinoazot. http://www.azotom.ru/monopolyarnye-membrany.
AO MEGA. https://www.mega.cz/membranes/
GOST 4919.1-2016 Reaktivy i osobo chistye veshchestva. Metody prigotovleni-ya rastvorov indikatorov. M.: Standartin-form, 2018, 30 p.
Nebavskaya, K.A., Sarapulova V.V., Sabbatovskiy K.G., Sobolev V.D. [et al.]. Impact of ion exchange membrane surface charge and hydrophobicity on electrocon-vection at underlimiting and overlimiting currents. Journal of Membrane Science. 2017; 523: 36-44. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.09.038
Sarapulova V.V, Nevakshenova E.E., Nebavskaya X.A. et al. Characteriza-tion of bulk and surface properties of anion-exchange membranes in initial stages of fouling by red wine. Journal of Membrane Science. 2018; 559: 170-182. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.04.047
Vasil'eva V.I., Akberova E.M., Zhiltsova A.V., Chernykh E.I., Sirota E.A., Agapov B.L. Sem diagnostics of the sur-face of mk-40 and ma-40 heterogeneous ion-exchange membranes in the swollen state after thermal treatment. Journal of surface investigation: x-ray, synchrotron and neutron techniques. 2013; 7 (5): 833-840. https://doi.org/10.1134/S1027451013050194.
Akberova E.M., Yatsev A.M., Kozhukhova E.Yu., Vasil'eva V.I. Microscopic analysis of the surface of heterogeneous membranes with a different degree of ion exchanger dispersity after temperature in-fluence. Condensed matter and interphases. 2017; 19 (2). 158-165. (In Russ.)
Zabolotsky V.I., Nikonenko V.V. Ion transport in membranes. M. Nauka, 1996. 392 p. (In Russ.)
Niftaliev S.I., Kozaderova O.A., Kim K.B. Мatchina К.S Izuchenie protsessa perenosa toka v sisteme geterogennaya ionoobmennaya membrana-rastvor nitrata ammoniya. Condensed mat-ter and interphases. 2016; 18 (2). 232-240. (In Russ.)
Vasil’eva V.I., Pismenskaya N.D., Akberova E.M., Nebavskaya K.A. Effect of thermochemical treatment on the surface morphology and hydrophobicity of heterogeneous ion-exchange membranes. Russ. J. Phys. Chem. A, 2014; 88 (8): 1293-1299. https://doi.org/10.1134/S0036024414080317
Volkov A. I. Bol'shoi khimicheskii spravochnik / A. I. Volkov, I. M. Zharskii. Minsk Sovremennaya shkola, 2005. 608 р.
Damaskin, B. B. Elektrokhimiya / B. B. Damaskin, O. A. Petrii, G. A. Tsirlina. – M. Khimiya, 2001. 624 р.
