Preview

Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий

Расширенный поиск

Получение бентонит-модифицированных биполярных ионообменных мембран и изучение их электрохимических характеристик

https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-216-225

Полный текст:

Аннотация

Получены экспериментальные образцы биполярных ионообменных мембран, изготовленных из жидкого сульфокатионообменника (ЛФ-4СК) с бентонитовыми глинами (природным образцом и органомодифицированным) и анионообменной мембраны МА-41. В качестве органомодификатора использовали четвертичную аммониевую соль - алкилдиметилбензиламмония хлорид (ПАВ). В результате обработки бентонита ПАВ его поверхность становится органофильной и более совместимой с органическим полимером, а также увеличивается межплоскостное расстояние. Экспериментальные биполярные мембраны имеют лучшие характеристики с точки зрения генерации водородных и гидроксильных ионов при конверсии сульфата натрия, чем гетерогенные биполярные мембраны с аналогичными функциональными группами в катионо- и анионообменном слое, выпускаемые серийно. Биполярная мембрана с добавлением органоглины (2% мас.) показала более высокую производительность по H+ - ионам по сравнению с мембраной, содержащей в катионообменном слое природные, не модифицированные образцы бентонита. Кроме увеличения концентрации целевых продуктов для варианта применения органомодифицированного бентонита в катионообменном слое опытного образца мембраны отмечается существенное уменьшение энергозатрат на единицу целевого продукта. Влияние бентонитовой глины на характеристики биполярной мембраны объясняется наличием в составе глины гидроксильных и кремниевых групп, являющихся катализаторами диссоциации молекул воды. Разработана технологическая схема получения экспериментальной биполярной бентонит-модифицированной мембраны, основными стадиями которой являются: подготовка бентонита (сушка и измельчение); обработка бентонитовой глины алкилдиметилбензиламмония хлоридом; обработка суспензии органоглины и жидкого сульфокатионообменника ЛФ-4СК ультразвуком; нанесение полученной суспензии на мембрану-подложку - анионообменную мембрану с четвертичными аммониевыми группами МА-41.

Об авторах

С. И. Нифталиев
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Россия

д.х.н., профессор, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж



О. А. Козадерова
Воронежский государственный университет инженерных технологий

д.х.н., профессор, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



К. Б. Ким
Воронежский государственный университет инженерных технологий

к.х.н., доцент, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



П. Е. Белоусов
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

к.г.-м. н., с.н.с., лаборатория геологии рудных месторождений, пер. Старомонетный, 35, г. Москва, 119017, Россия



А. В. Тимкова
Воронежский государственный университет инженерных технологий

аспирант, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



И. А. Головков
Воронежский государственный университет инженерных технологий

студент, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия



Список литературы

1. Каталог продукции. URL: http://azotom.ru/bipolyarnye-membrany/

2. Fathizadeh M., Aroujalian A., Raisi A. Effect of added NaXnano-zeolite into polyamide as a top thin layer of membrane on water flux and salt rejection in a reverse osmosis process // J. Memb. Sci. 2011. №. 375. P. 88–95.

3. Hosseini S.M., Madaeni S.S., Zendehnam A., Moghadassi A.R., et al. Preparation and characterization of PVC based heterogeneous ion exchange membrane coated with Ag nanoparticles by (thermal-plasma) treatment assisted surface modification // J. Ind. Eng. Chem. 2013. V. 19. №. 3. P. 854–862. doi:10.1016/j.jiec.2012.10.031

4. Zendehnam A., Arabzadegan M., Hosseini S.M., Robatmili N. et al. Fabrication and modification of polyvinylchloride based heterogeneous cation exchange membranes by simultaneous using Fe-Ni oxide nanoparticles and Ag nanolayer: physico-chemical and antibacterial characteristics // Korean J. Chem. Eng. 2013. V. 30. №. 6. P. 1265–1271. doi:10.1007 / s11581–019–03137–8

5. Zarrinkhameh M., ZendehnamA., Hosseini S.M. Preparation and characterization of nanocomposite heterogeneous cation exchange membranes modified by silver nanoparticles // Korean J. Chem. Eng. 2014. V. 31. №. 7. P. 1187–1193. doi:10.1007/s11814–014–0051–1

6. Huang M., Shen Y., Cheng W.et al. Nanocomposite films containing Au nanoparticles formed by electrochemical reduction of metal ions in the multilayer films as electrocatalyst for dioxygen reduction // Analytica Chemical Acta. 2005. V. 535. №. 1. P. 15–22.

7. Camargo P.H.C., Satyanarayana K.G., Wypych F. Nanocomposites: synthesis, structure, properties and new application opportunities // Mater. Res. 2009. V. 12. №. 1. P. 1–39.

8. Ярославцев А.Б., Никоненко В.В., Заболоцкий В.И. Ионный перенос в мембранных и ионообменных материалах // Успехи химии. 2003. T. 72. № 5. C. 438–470. doi:10.1070/RC2003v072n05ABEH000797

9. Dom?nech B., Bastos – Arrieta J., Alonso A., Macan?s J. et al. Bifunctional Polymer-Metal Nanocomposite Ion Exchange Materials. In book: Ion Exchange Technologies // Chapter: Bifunctional Polymer-Metal Nanocomposite Ion Exchange Materials. 2012. pp. 35–72. doi:10.5772/51579

10. Ярославце А.Б. Взаимосвязь свойств гибридных ионообменных мембран с размерами и природой частиц допанта // Российские нанотехнологии. 2012. T. 7. № 9–10. с. 8–18.

11. Кравченко Т.А., Сакардина Е.А., Калиничев А.И., Золотухина Е.В. Стабилизация поверхностно- и объемно-распределенных наночастиц меди в ионообменной матрице // Журн. физич. хим. 2015. Т. 89. № 9. C. 1436–1442. doi: 10.7868/S0044453715080178

12. Kang M.S. Electrochemical characteristics of ion-exchange membranes coated with iron hydroxide/oxide and silica sol. J. Colloid and Interface Science. 2003. V. 273. №. 2. P. 523–532.

13. Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И., Ганыч В.В. Влияние нерастворимых гидроксидов металлов на скорость реакции диссоциации воды на катионообменной мембране // Электрохимия. 1994. Т. 30. № 12. C. 1458–1461.

14. Мельников С.С., Шаповалова О.В., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. Влияние гидроксидов dметаллов на диссоциацию воды в биполярных мембранах // Мембраны и мембранные технологии. 2011. Т. 1. № 2. С. 149–156.

15. Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И., Алпатова Н.В. Влияние гидроксидов тяжелых металлов на диссоциацию воды в биполярной мембране // Политематический сетевой электронный научный журн. Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 114. С. 275–287.

16. Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. Биполярные ионообменные мембраны. Получение. Свойства. Применение. В кн.: Мембраны и мембранные технологии. М.: Научный мир, 2013. 612 с.

17. Kozaderova O.A. Electrochemical characterization of an MB2 bipolar membrane modified by nanosizedchromium(III) hydroxide. Nanotechnologies in Russia. 2018. V. 13. №. 9–10. P. 508–515. doi:10.1134/S1995078018050075

18. Buruga K., Song H., Shang J., Bolan N. et al. A review on functional polymer-clay based nanocomposite membranes for treatment of water // J. Hazard. Mater. 2019. V. 379. P. 120584.

19. Caprarescu S., Ianchis R., Radu A. – L., Sarbu A. et al. Synthesis, characterization and efficiency of new organically modified montmorillonite polyethersulfone membranes for removal of zinc ions from wastewasters // Applied Clay Science. 2017. V. 137. №. 1. P. 135–142. doi:10.1016/j.clay.2016.12.013

20. Hosseini S.M., Seidypoor A., Nemati M., Madaeni S.S. et al. Mixed matrix heterogeneous cation exchange membrane filled with clay nanoparticles: membranes’ fabrication and characterization in desalination process // Journal of Water Reuse and Desalination. 2016. V. 6. P. 290–300. doi:10.2166/wrd.2015.064

21. Radmanesh F., Rijnaarts T., Moheb A., Sadeghi M. et al. Enhanced selectivity and performance of heterogeneous cation exchange membranes through addition of sulfonated and protonated. Montmorillonite // Journal of Colloid and Interface Science. 2019. V. 553. №. 1. P. 658–670. doi:10.1016/j.jcis.2018.08.100

22. Peng F., Peng Sh. Huang Ch, Xu T. Modifying bipolar membranes with palygorskite and FeCl3 // Journal of Membrane Science. 2008. V. 322. P. 122–127 doi: 10.1016/j.memsci.2008.05.027

23. Белоусов П.Е., Покидько Б.В., Закусин С.В., Крупская В.В. Количественные методы определения содержания монтмориллонита в бентонитовых глинах // Георесурсы. 2020. T. 22. № 3. С. 38–47. doi:10.18599/grs.2020.3.38–47

24. Боева Н.М., Бочарникова Ю.И., Наседкин В.В. и др. Термический анализ – экспресс-метод оценки качественных и количественных характеристик природных и синтезированных органоглин // Российские нанотехнологии. 2013. Т. 8. № 3–4. С. 54–57.

25. Наседкин В.В., Демиденок К.В., Боева Н.М. и др. Органоглины. Производство и основные направления использования // Актуальные инновационные исследования: наука и практика. 2012. Т. 3. С. 1–19.

26. Березина Н.П., Кононенко Н.А., Дворкина Г.А., Шельдешов Н.В. Физико-химические свойства ионообменных материалов. Краснодар: Изд-во Кубан. гос. унта, 1999. 82с

27. Zabolotskii V., Sheldeshov N., Melnikov S. Effect of cation-exchange layer thickness on electrochemical and transport characteristics of bipolar membranes // J. Appl. Electrochem. 2013. V. 43. №. 11. P. 1117–1129. doi:10.1007/s10800–013–0560–3

28. Свойства мембран. URL:http://www.ralex.eu/Membrany/Uvod.aspx

29. Pat. № 5, US. Bipolar membrane and method for its production / Hanada F., Hirayama K., Ohmura N., Tanaka S. 1993.

30. Fu R.Q., Xu T.W., Cheng Y.Y., Yang W.H. et al. Fundamental studies on the intermediate layer of a bipolar membrane. III. Effect of starburst dendrimer (PAMAM) on water dissociation at the interface of a bipolar membrane // J. Membr. Sci. 2004. V. 240. №. 1. P. 141–147.

31. Kang M.S., Choi Y.J., Lee H.J., Moon S.H. Effects of inorganic substances on water splitting in ion-exchange membranes. I. Electrochemical characteristics of ion exchange membranes coated with iron hydroxide/oxide and silica sol // J. Colloid Interface Sci. 2004. V. 273. №. 2. P. 523–532. doi:10.1016/j.jcis.2004.01.050


Для цитирования:


Нифталиев С.И., Козадерова О.А., Ким К.Б., Белоусов П.Е., Тимкова А.В., Головков И.А. Получение бентонит-модифицированных биполярных ионообменных мембран и изучение их электрохимических характеристик. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021;83(3):216-225. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-216-225

For citation:


Niftaliev S.I., Kozaderova O.A., Kim K.B., Belousov P.E., Timkova A.V., Golovkov I.A. Obtaining bentonite-modified bipolar ion-exchange membranes and study of their electrochemical characteristics. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2021;83(3):216-225. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-216-225

Просмотров: 19


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2226-910X (Print)
ISSN 2310-1202 (Online)