Anionexchange membrane ma-41 surface morphology effect on ion transfer mechanism under identical diffusion layer thickness conditions
Keywords:
surface morphology, limiting current, anionexchange membrane, rotating membrane disk, ion transfer.
Abstract
Using the rotating membrane disk method current-voltage characteristic of heterogeneous
anionexchange membrane MA-41 were measured under different rotating velocities. It was shown that
experimental limiting currents are much lower than calculated by the Levich’s theory for anionexchange
membranes with homogeneous surface. The model describing the limiting state formation mechanism,
considering presence of active conductive sites and inert regions at the membrane surface, was proposed.
It was determined, that contribution of the electroconvective electrolyte transport through the membrane,
which leads to increase in the limiting current values is small, and that dominant is mechanism reducing
the mass transfer related with the membrane surface microheterogeneity
Downloads
Download data is not yet available.
References
1.Васильева В.И., Битюцкая Л.А., Зайченко Н.А. и др. Микроскопический анализ
морфологии поверхности ионообменных мембран // Сорбционные и
хроматографические процессы. 2008. Т.8. Вып.2. С.260-271.
2.Дьяконова О.В., Соколова С.А., Зяблов А.Н., Жиброва Ю.А. Исследование
состояния поверхности мембранных материалов методом сканирующей зондовой
микроскопии // Сорбционные и хроматографические процессы. 2008. Т.8. Вып.5.
С.863-868.
3.Зайченко Н.А., Васильева В.И., Григорчук О.В. и др. Анализ микрорельефа и
шероховатости поверхности ионообменнных мембран методом атомно-силовой
микроскопии // Вестник ВГУ. 2009. № 1. С.5-14.
4.Балавадзе Э.М. Бобрешова О.В., Кулинцов П.И. Концентрационная поляризация
в процессе электродиализа и поляризационные характеристики ионоселективных
мембран // Успехи химии. 1988. Т.57, №6. С.1031-1041.
5.Пивоваров Н.Я., Гребень В.П., Кустов В.Н. и др. Влияние гетерогенности
ионообменных мембран на предельный ток и вид вольт-амперных характеристик //
Электрохимия. 2001. Т.37. №8. С.941-952.
6.Пивоваров Н.Я. Гетерогенные ионообменные мембраны в электродиализных
процессах. Владивосток: Дальнаука. 2001. 112с.
7.Письменская Н.Д., Никоненко В.В., Белова Е.И. и др. Сопряженная конвекция
раствора у поверхности ионообменных мембран при интенсивных токовых режимах
// Электрохимия. 2007. Т.43. №3. С.325-345.
8.Певницкая М.В., Варенцов В.К., Урусов К.Х. Зависимость физико-химических
свойств гетерогенных ионообменных мембран от их структуры // Изв. СО АН СССР.
Сер. Хим. Наук. 1969. Вып.6, №14. С.18-24.
9.Варенцов В.К., Певницкая М.В. Связь электрохимических свойств мембран с
состоянием их поверхности // Изв. СО АН СССР. Сер. Хим. Наук. 1971. Вып.4, №9.
С.124-127.
10. Варенцов В.К., Певницкая М.В. Электропроводность ионообменных мембран и
неоднородность их строения // Изв. СО АН СССР. Сер. Хим. Наук. 1973. Вып.2, №4.
С.3-8.
11. Rubinstein I., Staude R., Kedem O. Role of the membrane surface in concentration
polarization at ion-exchange membranes // Desalination. 1988. Vol.69. №2. P.101-114.
12. Maletzki F., Rosler H.-W., Staude E., Ion transfer across electrodialysis membranes
in the overlimiting current range: stationary voltage current characteristics and current
noise power spectra under different conditions of free convection // Journal of Membrane
Science. 1992. Vol.71. №1-2. P.105-116.
13. Rubinstein I., Zaltzman B., Kedem O. Electric fields in and around ion-exchange
membranes // Journal of Membrane Science. 1997. Vol.125. №1. P.17-21.
14. Choi J.-H., Kim S.-H., Moon S.-H. Heterogeneity of ion-exchange membranes: the
effect of membrane Heterogeneity on transport properties // Journal of Colloid and
Interface Science. 2001. Vol.241. № 1. P.120-126.
15. Ibanez R., Stamatialis D.F., Wessling M., Role of membrane surface in concentration
polarization at cation exchange membranes // Journal of Membrane Science. 2004.
Vol.239. №1. P.119-128.
16. Vyas P.V., Ray P., Adhikary S.K., Shah B.G., Rangarajan R. Studies of the effect of
variation of blend ratio on permselectivity and heterogeneity of ion-exchange membranes
// Journal of Colloid and Interface Science. 2003. Vol.257. №1. P.127-134.
17. Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах М.: Наука. 1996.
390с.
18. Уртенов М.Х., Сеидов Р.Р. Математические модели электромембранных систем
очистки воды. Краснодар: Изд-во Кубан. гос. ун-та. 2000. 140с.
19. Заболоцкий В.И., Шарафан М.В., Шельдешов Н.В., Ловцов Е.Г. Исследование
массопереноса хлорида натрия через катионообменную мембрану МК-40 в
разбавленных растворах хлорида натрия методом вращающегося мембранного диска
// Электрохимия. 2008. Т.44. №2. С.155-160.
20. Заболоцкий В.И., Шарафан М.В., Шельдешов Н.В. Исследование влияния
природы ионогенных групп мембран на процесс диссоциации воды и перенос ионов
электролита методом вращающегося мембранного диска // Электрохимия. 2008.
Т.44. №10. С.1213-1220.
21. Шарафан М.В., Заболоцкий В.И., Бугаков В.В. Исследование
электромассопереноса через гомогенные и поверхностно-модифицированные
гетерогенные ионообменные мембраны на установке с вращающимся мембранным
диском // Электрохимия. 2009. Т.45. №10. С.1252-1260.
22. Васильева В.И., Шапошник В.А., Заболоцкий В.И. и др. Диффузионные
пограничные слои на границе мембрана-раствор при высокоинтенсивных режимах
электродиализа // Сорбционные и хроматографические процессы. 2005. Т.5. Вып.4.
С.545-560.
23. Васильева В.И., Шапошник В.А., Григорчук О.В. и др. Лазерная
интерферометрия в исследовании кинетики электродиализа // Электрохимия. 2002.
Т.38. №8. С.949-955.
24. Stern S.N., Green M.E. Noise generated during sodium and hydrogen ion transport
across a cation exchange membrane // Journal of Physical Chemistry. 1973. Vol.77. №12.
P.1567-1572.
25. Fang Y., Li Q., Green M.E. Noise spectra of transport at an anion membrane-solution
interface // Journal of Colloid and Interface Science. 1982. Vol.86. №1. P.185-190.
26. Рубинштейн И., Зальцман Б., Прец И., Линдер К. Экспериментальная проверка
электроосмотического механизма формирования «запредельного» тока в системе с
катионообменной электродиализной мембраной // Электрохимия. 2002. Т.38. №8.
С.956-967.
27. Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Гнусин Н.П. Диссоциация молекул воды в
системах с ионообменными мембранами // Успехи химии. 1988. Т.57. С.1403-1412.
28. Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки. Каталог. М.: Изд. НИИТЭХИМ.
1977. 32с.
29. Патент на полезную модель №78577 РФ. МПК G01N 27/40, 27/333 Шарафан
М.В., Заболоцкий В.И. №2008122083/22 от 02.06.2008. опубл. 27.11.2008. Бюл. №33.
30. Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Шарафан М.В. Исследование
электромассопереноса хлорида натрия через катионообменную мембрану МК-40
методом вращающегося мембранного диска // Электрохимия. 2006. Т.42. №11.
С.1494-1500.
31. Березина Н.П., Кононенко Н.А., Дворкина Г.А., Шельдешов Н.В. Физико-
химические свойства ионообменных материалов. Краснодар: Изд-во Кубан. гос. ун-
та. 1999. 90с.
32. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз. 1959. 700с.
33. Кулинцов П.И. Концентрационная поляризация электромембранных систем с
вращающимся мембранным диском в растворах хлорида натрия: дис. … канд. хим.
наук: 02.00.05. Воронеж. 1988. 139с.
34. Grossman G. Sonin A.A. Membrane fouling in electrodialysis: a model and
experiments // Desalination. 1973. V.12. №1. P.107-125.
35. Гребень В.П., Коварский Н.Я. Влияние внутреннего тепловыделения на вольт-
амперную характеристику биполярной мембраны // Журнал физической химии.
1978. Т.52. №9. С.2304-2307.
36. Заболоцкий В.И., Лоза С.А., Шарафан М.В. Физико-химические свойства
профилированных гетерогенных ионообменных мембран // Электрохимия. 2005.
Т.41. №10. С.1185-1192.
37. Лопаткова Г.Ю., Володина Е.И., Письменская Н.Д., Никоненко В.В. Метод
оценки проводящей поверхности гетерогенных мембран // Всероссийская конф.
«Мембранная электрохимия. Ионный перенос в органических и неорганических
мембранах»: 24-28 мая 2004г.: тезисы. Краснодар: Изд–во Куб. гос. ун–та. 2004. С.29.
38. Baltrunas G., Valiunas R., Popkirov G. Identification of electrode surface blocking
by means of thin-layer cell 1. The model // Electrochimica Acta. 2007. V.52. №24. P.7091-7096.
39. Лопаткова Г.Ю. Влияние свойств поверхности ионообменных мембран на их
электрохимическое поведение в сверхпредельных токовых режимах: дис. … канд.
хим. наук: 02.00.05. Краснодар. 2006. 180с.
40. Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты. М.:
Химия. 1980. 336с.
морфологии поверхности ионообменных мембран // Сорбционные и
хроматографические процессы. 2008. Т.8. Вып.2. С.260-271.
2.Дьяконова О.В., Соколова С.А., Зяблов А.Н., Жиброва Ю.А. Исследование
состояния поверхности мембранных материалов методом сканирующей зондовой
микроскопии // Сорбционные и хроматографические процессы. 2008. Т.8. Вып.5.
С.863-868.
3.Зайченко Н.А., Васильева В.И., Григорчук О.В. и др. Анализ микрорельефа и
шероховатости поверхности ионообменнных мембран методом атомно-силовой
микроскопии // Вестник ВГУ. 2009. № 1. С.5-14.
4.Балавадзе Э.М. Бобрешова О.В., Кулинцов П.И. Концентрационная поляризация
в процессе электродиализа и поляризационные характеристики ионоселективных
мембран // Успехи химии. 1988. Т.57, №6. С.1031-1041.
5.Пивоваров Н.Я., Гребень В.П., Кустов В.Н. и др. Влияние гетерогенности
ионообменных мембран на предельный ток и вид вольт-амперных характеристик //
Электрохимия. 2001. Т.37. №8. С.941-952.
6.Пивоваров Н.Я. Гетерогенные ионообменные мембраны в электродиализных
процессах. Владивосток: Дальнаука. 2001. 112с.
7.Письменская Н.Д., Никоненко В.В., Белова Е.И. и др. Сопряженная конвекция
раствора у поверхности ионообменных мембран при интенсивных токовых режимах
// Электрохимия. 2007. Т.43. №3. С.325-345.
8.Певницкая М.В., Варенцов В.К., Урусов К.Х. Зависимость физико-химических
свойств гетерогенных ионообменных мембран от их структуры // Изв. СО АН СССР.
Сер. Хим. Наук. 1969. Вып.6, №14. С.18-24.
9.Варенцов В.К., Певницкая М.В. Связь электрохимических свойств мембран с
состоянием их поверхности // Изв. СО АН СССР. Сер. Хим. Наук. 1971. Вып.4, №9.
С.124-127.
10. Варенцов В.К., Певницкая М.В. Электропроводность ионообменных мембран и
неоднородность их строения // Изв. СО АН СССР. Сер. Хим. Наук. 1973. Вып.2, №4.
С.3-8.
11. Rubinstein I., Staude R., Kedem O. Role of the membrane surface in concentration
polarization at ion-exchange membranes // Desalination. 1988. Vol.69. №2. P.101-114.
12. Maletzki F., Rosler H.-W., Staude E., Ion transfer across electrodialysis membranes
in the overlimiting current range: stationary voltage current characteristics and current
noise power spectra under different conditions of free convection // Journal of Membrane
Science. 1992. Vol.71. №1-2. P.105-116.
13. Rubinstein I., Zaltzman B., Kedem O. Electric fields in and around ion-exchange
membranes // Journal of Membrane Science. 1997. Vol.125. №1. P.17-21.
14. Choi J.-H., Kim S.-H., Moon S.-H. Heterogeneity of ion-exchange membranes: the
effect of membrane Heterogeneity on transport properties // Journal of Colloid and
Interface Science. 2001. Vol.241. № 1. P.120-126.
15. Ibanez R., Stamatialis D.F., Wessling M., Role of membrane surface in concentration
polarization at cation exchange membranes // Journal of Membrane Science. 2004.
Vol.239. №1. P.119-128.
16. Vyas P.V., Ray P., Adhikary S.K., Shah B.G., Rangarajan R. Studies of the effect of
variation of blend ratio on permselectivity and heterogeneity of ion-exchange membranes
// Journal of Colloid and Interface Science. 2003. Vol.257. №1. P.127-134.
17. Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах М.: Наука. 1996.
390с.
18. Уртенов М.Х., Сеидов Р.Р. Математические модели электромембранных систем
очистки воды. Краснодар: Изд-во Кубан. гос. ун-та. 2000. 140с.
19. Заболоцкий В.И., Шарафан М.В., Шельдешов Н.В., Ловцов Е.Г. Исследование
массопереноса хлорида натрия через катионообменную мембрану МК-40 в
разбавленных растворах хлорида натрия методом вращающегося мембранного диска
// Электрохимия. 2008. Т.44. №2. С.155-160.
20. Заболоцкий В.И., Шарафан М.В., Шельдешов Н.В. Исследование влияния
природы ионогенных групп мембран на процесс диссоциации воды и перенос ионов
электролита методом вращающегося мембранного диска // Электрохимия. 2008.
Т.44. №10. С.1213-1220.
21. Шарафан М.В., Заболоцкий В.И., Бугаков В.В. Исследование
электромассопереноса через гомогенные и поверхностно-модифицированные
гетерогенные ионообменные мембраны на установке с вращающимся мембранным
диском // Электрохимия. 2009. Т.45. №10. С.1252-1260.
22. Васильева В.И., Шапошник В.А., Заболоцкий В.И. и др. Диффузионные
пограничные слои на границе мембрана-раствор при высокоинтенсивных режимах
электродиализа // Сорбционные и хроматографические процессы. 2005. Т.5. Вып.4.
С.545-560.
23. Васильева В.И., Шапошник В.А., Григорчук О.В. и др. Лазерная
интерферометрия в исследовании кинетики электродиализа // Электрохимия. 2002.
Т.38. №8. С.949-955.
24. Stern S.N., Green M.E. Noise generated during sodium and hydrogen ion transport
across a cation exchange membrane // Journal of Physical Chemistry. 1973. Vol.77. №12.
P.1567-1572.
25. Fang Y., Li Q., Green M.E. Noise spectra of transport at an anion membrane-solution
interface // Journal of Colloid and Interface Science. 1982. Vol.86. №1. P.185-190.
26. Рубинштейн И., Зальцман Б., Прец И., Линдер К. Экспериментальная проверка
электроосмотического механизма формирования «запредельного» тока в системе с
катионообменной электродиализной мембраной // Электрохимия. 2002. Т.38. №8.
С.956-967.
27. Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Гнусин Н.П. Диссоциация молекул воды в
системах с ионообменными мембранами // Успехи химии. 1988. Т.57. С.1403-1412.
28. Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки. Каталог. М.: Изд. НИИТЭХИМ.
1977. 32с.
29. Патент на полезную модель №78577 РФ. МПК G01N 27/40, 27/333 Шарафан
М.В., Заболоцкий В.И. №2008122083/22 от 02.06.2008. опубл. 27.11.2008. Бюл. №33.
30. Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Шарафан М.В. Исследование
электромассопереноса хлорида натрия через катионообменную мембрану МК-40
методом вращающегося мембранного диска // Электрохимия. 2006. Т.42. №11.
С.1494-1500.
31. Березина Н.П., Кононенко Н.А., Дворкина Г.А., Шельдешов Н.В. Физико-
химические свойства ионообменных материалов. Краснодар: Изд-во Кубан. гос. ун-
та. 1999. 90с.
32. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз. 1959. 700с.
33. Кулинцов П.И. Концентрационная поляризация электромембранных систем с
вращающимся мембранным диском в растворах хлорида натрия: дис. … канд. хим.
наук: 02.00.05. Воронеж. 1988. 139с.
34. Grossman G. Sonin A.A. Membrane fouling in electrodialysis: a model and
experiments // Desalination. 1973. V.12. №1. P.107-125.
35. Гребень В.П., Коварский Н.Я. Влияние внутреннего тепловыделения на вольт-
амперную характеристику биполярной мембраны // Журнал физической химии.
1978. Т.52. №9. С.2304-2307.
36. Заболоцкий В.И., Лоза С.А., Шарафан М.В. Физико-химические свойства
профилированных гетерогенных ионообменных мембран // Электрохимия. 2005.
Т.41. №10. С.1185-1192.
37. Лопаткова Г.Ю., Володина Е.И., Письменская Н.Д., Никоненко В.В. Метод
оценки проводящей поверхности гетерогенных мембран // Всероссийская конф.
«Мембранная электрохимия. Ионный перенос в органических и неорганических
мембранах»: 24-28 мая 2004г.: тезисы. Краснодар: Изд–во Куб. гос. ун–та. 2004. С.29.
38. Baltrunas G., Valiunas R., Popkirov G. Identification of electrode surface blocking
by means of thin-layer cell 1. The model // Electrochimica Acta. 2007. V.52. №24. P.7091-7096.
39. Лопаткова Г.Ю. Влияние свойств поверхности ионообменных мембран на их
электрохимическое поведение в сверхпредельных токовых режимах: дис. … канд.
хим. наук: 02.00.05. Краснодар. 2006. 180с.
40. Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты. М.:
Химия. 1980. 336с.
Published
2019-11-28
How to Cite
Zabolotsky, V. I., Bugakov, V. V., & Sharafan, M. V. (2019). Anionexchange membrane ma-41 surface morphology effect on ion transfer mechanism under identical diffusion layer thickness conditions. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 10(6). Retrieved from https://journals.vsu.ru/sorpchrom/article/view/2122
Section
Статьи
