Электропроводность и диффузионная проницаемость анионообменных мембран в растворах хлорида натрия и янтарной кислоты
Аннотация
В работе исследованы физико-механические и транспортные характеристики гетерогенных анионообменных мембран Ralex AMH Pes и MA-41, и гомогенной анионообменной мембраны AHT в растворах хлорида натрия и янтарной кислоты. Анализ данных показывает, что влагосодержание анионообменных мембран Ralex AMH Pes и МА‑41 в форме янтарной кислоты в 2 раза меньше, чем в форме Сl-, а для мембраны AHT в 3.6 раз. Это связано с тем, что хлорид-анион более гидратирован и обладает большим эффективным радиусом по сравнению с сукцинат-анионами. Анализ данных, полученных в растворах хлорида натрия, в рамках микрогетерогенной модели показал, что доля межгелевых промежутков в гетерогенных электродиализных мембранах Ralex AMH Pes и MA-41, составляют 0.12 и 0.15 соответственно, в то время как доля межгеля в мембране АНТ в два раза меньше и составляет 0.06, что объясняет ее низкую диффузионную проницаемость. Параметр α отражающий взаимное расположение проводящей и не проводящей фаз для всех мембран близок к 0.3, что свидетельствует о хаотичном расположении гелевой и межгеловой фаз. Установлено, что в растворах янтарной кислоты концентрационная зависимость удельной электропроводности анионообменных мембран имеет нетипичный ход по сравнению с зависимостью, измеренной в растворах сильных электролитов. Это связано с изменением рН и ионного состава внутри мембраны по сравнению с внешним рабочим раствором. Концентрационная зависимость интегрального коэффициента диффузионной проницаемости анионообменных мембран в растворе янтарной кислоты имеет убывающий характер. Такую зависимость можно объяснить смещением рН внутри гомогенной мембраны в более щелочную область при разбавлении внешнего раствора, при этом равновесие внутри мембраны смещается в сторону образования двухзарядной формы. При увеличении доли двухзарядных ионов в фазе мембраны происходит рост электростатических сил способных к притяжению ионов противоположного знака заряда, таким образом, происходит рост концентрации ко-ионов в фазе мембраны. Такой эффект приводит к увеличению скорости диффузионного переноса молекулы янтарной кислоты при уменьшении ее концентрации в рабочем растворе.
Скачивания
Литература
Jiang S., Sun H., Wang H., Ladewig B.P., Yao Z. A comprehensive review on the synthesis and applications of ion exchange membranes. Chemosphere. 2021; 282: 130817. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130817
Titova S.T., Komogorova A.R., Kolganova T.S., Yurova P.A., Parshina A.V., Bobreshova O.V. Composite membranes MF-4SC/polyanilinefor potentiometric determination of tetracaine in aqueoussolutions. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2022; 22(5): 568-579. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2022.22/10648 (In Russ.)
Nazif A., Karkhanechi H., Saljoughi E., Mousavi S.M. Recent progress in membrane development, affecting parameters, and applications of reverse electrodialysis: A review. J. Water Process Eng., 2022; 47(1): 102706. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102706
Nghiem N., Kleff S., Schwegmann S. Stefan succinic acid: technology development and commercialization. Fermentation, 2017; 3(2):26. https://doi.org/10.3390/fermentation3020026
Saxena R.K., Saran S., Isar J., Kaushik R. Production and applications of succinic acid. In current developments in biotechnology and bioengineering, 2017; 601-630. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63662-1.00027-0
Milev A.S., Kannangara K., Wilson M. Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology. 5th Ed. New York, Wiley Blac, 2004, p. 22950. https://doi.org/10.1002/0471238961.1401141522010904.a01.pub2
Escanciano I.A., Wojtusik M., Esteban J., Ladero M. Modeling the succinic acid bioprocess: A review. Fermentation, 2022; 8(8): 368. https://doi.org/10.3390/fermentation8080368
McKinlay J. B, Vieille C., Zeikus J G. Prospects for a bio-based succinate industry. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2007; 76: 727-740. https://doi.org/10.1007/s00253-007-1057-y
Cao Y., Zhang R., Sun C., Cheng T., Liu Y., Xian M. Fermentative succinate production: an emerging technology to replace the traditional petrochemical processes. Biomed. Res. Ind., 2013; 1-12. https://doi.org/10.1155/2013/723412
Kurzrock T., Weuster-Botz D. Recovery of succinic acid from fermentation broth. Biotechnol Lett., 2010; 32(3): 331-339. https://doi.org/10.1007/s10529-009-0163-6
Apelblat A. Dissociation constants and limiting conductances of organic acids in water. J. Mol. Liq., 2002; 95(2): 99-145. https://doi.org/10.1016/S0167-7322(01)00281-1
Berezina N.P., Kononenko N.A., Dvorkina G.A., Sheldeshov N.V. Physico-chemical properties of ion-exchange materials. Krasnodar. KubSU, 1999, p. 82. (In Russ.)
Shutkina E.A., Nevakshenova E.E., Pismenskaya N.D., Mareev S.A., Nikonenko V.V. Diffusion permeability of the anion-exchange membranes in sodium dihydrogen phosphate solution. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy, 2015; 15(4): 566-578. (In Russ.)
Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P. Characterization of ion-exchange membrane materials: properties vs structure. Advances in Colloid and Interface Sci., 2008. 139(1-2): 3-28. https://doi.org/10.1016/j.cis.2008.01.002
Demina O.A., Falina I.V., Kononenko N.A. Model description of conductivity of ion–exchange membranes in a wide range of concentrations of electrolyte solution. Rus. J. Electrochem., 2015; 51(6): 561-565.
Belashova E.D., Minakova E.A., Kharchenko O.A., Pismenskaya N.D. Influence of structural changes on current-voltage characteristics of the anion exchange membrane after their long contact with an ampholyte solution. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2016; 16(5): 653-662. (In Russ.)
Melnikov S., Kolot D., Nosova E., Zabolotskiy V. Peculiarities of transport-structural parameters of ion-exchange membranes in solutions containing anions of carboxylic acids. J. Memb. Sci., 2018; 557. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.04.017
Pismenskaya N., Laktionov E., Nikonenko V., El Attar A., Auclair B., Pourcelly G. Dependence of composition of anion-exchange membranes and their electrical conductivity on concentration of sodium salts of carbonic and phosphoric acids. J. Memb. Sci., 2001; 181(2): 185-179. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)00529-9
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. Membr. Sci., 2015; 479: 28-38, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.01.015
Franck-Lacaze L., Sistat Ph., Huguet P. Determination of the pKa of Poly (4-Vinylpyridine)-Based weak anion exchange membranes for the investigation of the side proton leakage. J. Memb. Sci., 2009; 326(2): 650-658. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2008.10.054
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. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2021; 21(3): 317-325. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3465 (In Russ.)
Pismenskaya N., Sarapulova V., Klevtsova A., Mikhaylin S., Bazinet L. Adsorption of anthocyanins by cation and anion exchange resins with aromatic and aliphatic polymer matrices. Int. J. Mol. Sci., 2020; 21(21): 1-26. https://doi.org/10.3390/ijms21217874
Chmielewska A., Bald A. Viscosimetric studies of aqueous solutions of dicarboxylic acids. J. Molecular Liquids, 2008; 137(1-3): 116-121. https://doi.org/10.1007/s10953-010-9621-y
Vasil'eva V.I., Vorob'Eva E.A. Dynamics of the separation of amino acid and mineral salt in the stationary dialysis of solutions with an MK-40 profiled sulfo group cation exchange membrane. Rus. J. Physical Chemistry A., 2012; 86(11): 1726-1731. https://doi.org/10.1134/S0036024412110271
