Сорбционные, диффузионные характеристики и электропроводность анионообменных мембран в растворах молочной кислоты и хлорида натрия
Аннотация
На отдельных этапах производства молочной кислоты из молочной сыворотки могут быть применены мембранные технологии, в том числе процессы с использованием ионообменных мембран. В настоящем исследовании проведен сравнительный анализ сорбционных характеристик, диффузионной проницаемости и электропроводности сильноосновных анионообменных мембран с четвертичными аммониевыми группами – МА-41 (Щекиноазот, Россия) и Ralex АМ(Н)-РР (Мега, Чехия) - в индивидуальных водных растворах молочной кислоты и хлорида натрия в широком диапазоне концентраций. Для мембраны МА-41, имеющей более крупные частицы ионита внутри композита, в сравнении с Ralex АМ(Н)-РР, наблюдается более высокая необменная сорбция молочной кислоты и более высокие диффузионные потоки как молочной кислоты, так и хлорида натрия. Это может быть связано: с большей неравномерностью распределения фиксированного заряда по объему мембраны по причине меньшей степени дисперсности ионообменника и, как следствие, с меньшей площадью заряженной поверхности дисперсных частиц внутри мембраны (что приводит к менее действенному доннановскому исключению коионов из фазы мембраны); с ростом макропор на поверхности образца и уменьшением площади активной поверхности мембраны (поверхности, занятой частицами ионита). Измерена электропроводность образцов анионообменных мембран в растворах молочной кислоты и хлорида натрия. Для мембран в растворе минеральной соли с привлечением трехпроводной и микрогетерогенной модели проводимости проведен расчет вклада каналов проводимости (смешанный канал гель-раствор, гелевая фаза) в общую электропроводность системы. Наличие более широкого канала проводимости гель-раствор для Ralex АМ(Н)-РР в сочетании с сопоставимыми значениями доли гелевой и межгелевой фаз в образцах МА-41 и Ralex АМ(Н)-РР служит косвенным подтверждением влияния степени дисперсности ионита, входящего в состав гетерогенных образцов, на транспортные характеристики мембран.
Скачивания
Литература
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.)
Kim Y.H., Moon S.H., Lactic acid re-covery from fermentation broth using one-stage electrodialysis. J. Chem. Technol. Biotechnol.: International Research in Process, Environmental & Clean Technol-ogy. 2001; 76: 169-178. https://doi.org/10.1002/jctb.368
Kulincov P.I., Bobrinskaya G.A., Sel-emenev V.F., Garshina T.I., Agupova M.V. Povyshenie effektivnosti elektrodializnoi demineralizatsii molochnoi syvorotki. Sorbtsionnye i Khromatograficheskie Protsessy. 2011; 11(5): 713-716. (In Russ.)
Talebi S., Garthe M., Roghmans F., Chen G., Kentish S. Lactic acid and salt separation using membrane technology. Membranes. 2021; 11(2): 107. https://doi.org/10.3390/membranes11020107
Saud A.M., Vasil'eva V.I., Goleva E.A., Akberova E.M., Kozlov A.T. Selec-tion of anion-exchange membrane for sepa-ration of phenylalanine and sodium chlo-ride by neutralization dialysis. Sorbtsionnye i Khromatograficheskie Protsessy. 2020; 20(6): 749-759. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2020.20/3143 (In Russ.)
Shutkina E.A., Nevakshenova E.E., Pismenskaya N.D., Mareev S.A., Nikonen-ko V.V. Diffusion permeability of the ani-on-exchange membranes in sodium dihy-drogen phosphate solution. Condensed Matter and Interphases. 2015; 17(4): 566-578. (In Russ.)
Kharina A.Yu., Charushina O.E., Eliseeva T.V. Organic fouling of anion-exchange and bipolar membranes during the separation of amino acid and sucrose by electrodialysis. Condensed Matter and In-terphases. 2023; 25(2): 268-276. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11107
Aljundi H., Belovich J., Talu O. Ad-sorption of lactic acid from fermentation broth and aqueous solutions on Zeolite. Chemical Engineering Science. 2005; 60(18): 5004-5009. https://doi.org/10.1016/j.ces.2005.04.034
Evangelista R.L., Mangold A.J., Ni-kolov Z.L. Recovery of lactic acid by sorp-tion. Appl. Biochem. Biotechnol. 1994; 45: 131-144. https://doi.org/10.1007/BF02941793
Melnikov S.S., Kolot D.G. Electrical conductivity of ionexchange membranes in solutions containing carboxylic acids. Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. 2016; 124: 549-562. https://doi.org/10.21515/1990-4665-124-032
Melnikov S.S. Development of a method for fixing perftorsulfopolimer mf-4sk on a heterogeneous membrane-substrate. Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian Universi-ty. 2017; 125: 223-234. https://doi.org/10.21515/1990-4665-125-015
Vasil’eva V.I., Zhiltsova A.V., Akberova E.M., Fataeva A.I. Influence of sur-face inhomogeneity on current-voltage characteristics of heterogeneous ion ex-change membranes. Condensed Matter and Interphases. 2014; 16(3): 257-261. (In Russ.)
Zabolotskii V.I., Bugakov V.V., Sharafan M.V., Chermit R.Kh. Transfer of electrolyte ions and water dissociation in anion-exchange membranes under intense current conditions. Russ. J. Electrochem. 2012; 48(6): 650-659. https://doi.org/10.1134/S1023193512060158
OOO IP Shchekinoazot. Available at: http://www. azotom.ru/monopolyarnye-membrany (Accessed: 12.06.2023)
AO MEGA. Available at: https://www.mega.cz/membranes/ (Ac-cessed: 12.06.2023)
Garshina T.I., Kozaderova O.A., Shaposhnik V.A. Fiziko-khimicheskie kha-rakteristiki tonkikh ionoobmennykh mem-bran. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2007: 7(1): 148-151.
Kononenko N.A., Demina O.A., Loza N.V. Membrannaya elektrokhimiya. Krasnodar. Izd-vo Kuban. gos. un-ta, 2017, 290 p. (In Russ.)
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.
Nikonenko V.V., Vedernikova E.E., Pismenskaya N.D. Patent RF № 100275, 2010.
Shaposhnik, V.A., Vasil'eva V.I., Grigorchuk O.V. Yavleniya perenosa v ionoobmennykh membranakh. Moscow, MPhTI, 2001, 200 р. (In Russ.)
Kozaderov O.A., Kozaderova O.A., Chernova V.Yu. Sorption characteristics and electrical conductivity of anion-exchange membranes in lactic acid solu-tions. Sorptsionnye i Khromatograficheskie Protsessy. 2023; 23(1): 18-27. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/10990. (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 hetero-geneous ion-exchange membranes. Russ. J. Phys. Chem. A. 2014; 88 (8): 1293-1299. https://doi.org/10.1134/S0036024414080317
Sarapulova V., Nevakshenova E., Pismenskaya N., Dammak L., Nikonenko V. Unusual concentration dependence of ion-exchange membrane conductivity in ampholyte-containing solutions: Effect of ampholyte nature. J. Memb. Sci. 2015; 479: 28-38. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.01.015
Kozaderova O.A., Shaposhnik V.A. Kinetic parameters of ion-exchange mem-brane in amino acid solutions. Russ. J. Electrochem. 2004; 40(7): 698-703. https://doi.org/10.1023/B:RUEL.0000035251.04661.f7
Zabolotsky V.I., Nikonenko V.V. Ion transport in membranes. M., Nauka, 1996, 392 p.
