Current-voltage characteristics of asymmetric bipolar membranes
Keywords:
current-voltage characteristic, asymmetric bipolar membrane, surface modification, bilayer membrane, mathematical modeling.
Abstract
A mathematical model describing the transfer of hydrogen and hydroxyl ions and salts through
asymmetric bipolar membranes is developed. The model accounts for a chemical reaction - dissociation of
water at the boundary between an anion and cation-exchange layers. The chemical reaction causes the
occurrence of the bipolar region overvoltage, which leads to a deviation of the current-voltage characteristics
of the bipolar membrane from linear. Experimentally and theoretically demonstrated bifunctionality of the
asymmetric bipolar membranes - their ability to simultaneous selective ion transport of salt and water
dissociation products. In dilute solutions water dissociation occurs with high current efficiency, and in the
concentrated - a simultaneous transfer of salt ions as well as products of water dissociation is observed.
Downloads
Download data is not yet available.
References
1. Гребень В.П., Пивоваров Н.Я., Коварский Н.Я., Нефедова Г.З. Влияние природы
ионита на физико-химические свойства биполярных ионообменных мембран //
Журн. физ. химии. 1978. Т. 52. С. 2641-2645.
2. Пурселли Ж. Электродиализ с биполярными мембранами: основы метода,
оптимизация, применение // Электрохимия. 2002. Т. 38. С. 1026-1033.
3. Xu T. Electrodialysis processes with bipolar membranes (EDBM) in environmental
protection — a review // Resources, Conservation and Recycling. 2002. Vol. 37. P. 1-22.
4. El Moussaoui R., Pourcelly G., Maeck M., Hurwitz H.D. et al. Co-ion leakage through
bipolar membranes Influence on I- V responses and water-splitting efficiency // J. Membr.
Sci. 1994. Vol. 90. P. 283-292.
5. Balster J., Sumbharaju R., Srikantharajah S., Pünt I. et al. Asymmetric bipolar
membrane: A tool to improve product purity // J. Membr. Sci. 2007. Vol. 287. P. 246.
6. Zabolotskii V., Sheldeshov N., Melnikov S. Effect of cation-exchange layer thickness
on electrochemical and transport characteristics of bipolar membranes // J. Appl.
Electrochem. 2013. Vol. 43. № 11. P. 1117-1129.
7. Шендрик О.Р. Пономарев М.И., Гребенюк В.Д. Модифицирование
монополярных ионообменных мембран для генерации ионов водорода и гидроксила
// Журн. прикл. химии. 1986. Т. 59. С. 1486-1488.
8. Grossman G. Water dissociation effects in ion transport through composite membrane
// J. Phys. Chem. 1976. Vol. 80. № 14. P. 1616-1625.
9. Mafe S., Manzanares J. A., Ramirez P. Model for ion transport in bipolar membranes
// Phys. Rev. A. 1990. Vol. 42. № 10. P. 6245-6248.
10. Strathmann H, Rapp H.-J., Bauer B., Bell C.M. Theoretical and practical aspects of
preparing bipolar membranes // Desalination. 1993. Vol. 90. P. 303-323.
11. Alcaraz A., Ramirez P., Mafe S., Holdik H. Simple model for AC impedance spectra
in bipolar membranes // J. Phys. Chem. 1996. Vol. 100. P. 15555-15561.
12. Умнов В.В., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. Вольтамперная характеристика
области пространственного заряда биполярной мембраны // Электрохимия. 1999.
Т. 35. С. 982-990.
13. Hurwitz H.D., Dibiani R. Experimental and theoretical investigations of steady and
transientstates in systems of ion exchange bipolar membranes // J. Membr. Sci. 2004.
Vol. 228. P. 17-43.
14. Xu T. Effect of asymmetry in a bipolar membrane on water dissociation - a
mathematical analysis // Desalination. 2002. Vol. 150. № 1. P. 65-74.
15. Kovalchuk V.I., Zholkovskij E.K., Aksenenko E.V. etc Ionic transport across bipolar
membrane and adjacent Nernst layers // J. Membr. Sci. 2006. Vol. 284. P. 255-266.
16. Мельников С.С., Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В. Электрохимические
свойства асимметричных биполярных мембран // Конденсированные среды и
межфазные границы. 2010. Т. 12. С. 143-148.
17. Отдел ПТФЭ и перфторированных ионообменных мембран. URL:
http://www.plastpolymer.com/about/science/ionmemb. Дата обращения: 10.06.2014.
18. Heterogenous ion-exchange membranes RALEX. URL:
http://www.mega.cz/heterogenous-ion-exchangemembranes-ralex.html. Дата обращения:
10.06.2014.
19. Zabolotskii V., Sheldeshov N., Melnikov S. Heterogeneous bipolar membranes and
their application in electrodialysis // Desalination. 2014. Vol. 342. P. 183-203.
20. Тимашев С. Ф. О роли температурных и энтропийных факторов в кинетике
мембранных процессов // Докл. АН СССР. 1985. Т. 285. С. 1419-1423.
21. Simons R. Strong electric field effects on proton transfer between membrane-bound
amines and water // Nature. 1979. Vol. 280. P. 824-826.
22. Пивоваров Н. Я. Гетерогенные ионообменные мембраны в электродиализных
процессах. Владивосток Дальнаука. 2001. 112 c.
ионита на физико-химические свойства биполярных ионообменных мембран //
Журн. физ. химии. 1978. Т. 52. С. 2641-2645.
2. Пурселли Ж. Электродиализ с биполярными мембранами: основы метода,
оптимизация, применение // Электрохимия. 2002. Т. 38. С. 1026-1033.
3. Xu T. Electrodialysis processes with bipolar membranes (EDBM) in environmental
protection — a review // Resources, Conservation and Recycling. 2002. Vol. 37. P. 1-22.
4. El Moussaoui R., Pourcelly G., Maeck M., Hurwitz H.D. et al. Co-ion leakage through
bipolar membranes Influence on I- V responses and water-splitting efficiency // J. Membr.
Sci. 1994. Vol. 90. P. 283-292.
5. Balster J., Sumbharaju R., Srikantharajah S., Pünt I. et al. Asymmetric bipolar
membrane: A tool to improve product purity // J. Membr. Sci. 2007. Vol. 287. P. 246.
6. Zabolotskii V., Sheldeshov N., Melnikov S. Effect of cation-exchange layer thickness
on electrochemical and transport characteristics of bipolar membranes // J. Appl.
Electrochem. 2013. Vol. 43. № 11. P. 1117-1129.
7. Шендрик О.Р. Пономарев М.И., Гребенюк В.Д. Модифицирование
монополярных ионообменных мембран для генерации ионов водорода и гидроксила
// Журн. прикл. химии. 1986. Т. 59. С. 1486-1488.
8. Grossman G. Water dissociation effects in ion transport through composite membrane
// J. Phys. Chem. 1976. Vol. 80. № 14. P. 1616-1625.
9. Mafe S., Manzanares J. A., Ramirez P. Model for ion transport in bipolar membranes
// Phys. Rev. A. 1990. Vol. 42. № 10. P. 6245-6248.
10. Strathmann H, Rapp H.-J., Bauer B., Bell C.M. Theoretical and practical aspects of
preparing bipolar membranes // Desalination. 1993. Vol. 90. P. 303-323.
11. Alcaraz A., Ramirez P., Mafe S., Holdik H. Simple model for AC impedance spectra
in bipolar membranes // J. Phys. Chem. 1996. Vol. 100. P. 15555-15561.
12. Умнов В.В., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. Вольтамперная характеристика
области пространственного заряда биполярной мембраны // Электрохимия. 1999.
Т. 35. С. 982-990.
13. Hurwitz H.D., Dibiani R. Experimental and theoretical investigations of steady and
transientstates in systems of ion exchange bipolar membranes // J. Membr. Sci. 2004.
Vol. 228. P. 17-43.
14. Xu T. Effect of asymmetry in a bipolar membrane on water dissociation - a
mathematical analysis // Desalination. 2002. Vol. 150. № 1. P. 65-74.
15. Kovalchuk V.I., Zholkovskij E.K., Aksenenko E.V. etc Ionic transport across bipolar
membrane and adjacent Nernst layers // J. Membr. Sci. 2006. Vol. 284. P. 255-266.
16. Мельников С.С., Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В. Электрохимические
свойства асимметричных биполярных мембран // Конденсированные среды и
межфазные границы. 2010. Т. 12. С. 143-148.
17. Отдел ПТФЭ и перфторированных ионообменных мембран. URL:
http://www.plastpolymer.com/about/science/ionmemb. Дата обращения: 10.06.2014.
18. Heterogenous ion-exchange membranes RALEX. URL:
http://www.mega.cz/heterogenous-ion-exchangemembranes-ralex.html. Дата обращения:
10.06.2014.
19. Zabolotskii V., Sheldeshov N., Melnikov S. Heterogeneous bipolar membranes and
their application in electrodialysis // Desalination. 2014. Vol. 342. P. 183-203.
20. Тимашев С. Ф. О роли температурных и энтропийных факторов в кинетике
мембранных процессов // Докл. АН СССР. 1985. Т. 285. С. 1419-1423.
21. Simons R. Strong electric field effects on proton transfer between membrane-bound
amines and water // Nature. 1979. Vol. 280. P. 824-826.
22. Пивоваров Н. Я. Гетерогенные ионообменные мембраны в электродиализных
процессах. Владивосток Дальнаука. 2001. 112 c.
Published
2019-11-19
How to Cite
Melnikov, S. S., Sheldeshov, N. V., & Zabolotskii, V. I. (2019). Current-voltage characteristics of asymmetric bipolar membranes. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 14(4). Retrieved from https://journals.vsu.ru/sorpchrom/article/view/1533
Section
Статьи
