Selective limiting concentration of the electrolyte solutions with singly and doubly charged cations

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of the anion exchange layer of the copolymer N,N-diallyl-N,N-dimethylammonium chloride and methyl methacrylate on the electrochemical properties of a homogeneous perfluorosulfopolymer-based cation exchange membrane has been studied. Applying a modifying layer with a thickness of 5 microns to a membrane with a thickness of 215 microns leads to a decrease in electrical conductivity by no more than 35%, while the diffusion permeability decreases by more than 5 times and ceases to depend on concentration.

During membrane testing, similar levels of concentration were achieved in the process of the limiting electrodialysis concentration of sodium chloride solution. The effectiveness of a bilayer membrane for selective electrodialysis concentration was demonstrated. During the concentration of sodium and calcium chlorides mixture, the permselectivity coefficient P(Na+/Ca2+) ranged from 0.5 to 1.2 in the case of using the cation exchange membrane. Using a bilayer membrane led to a significant increase of the permselectivity coefficient, ranging from 1.5 to 2.7, depending on current density. This makes it possible to efficiently separate electrolytes with singly and doubly charged ions.

About the authors

N. O. Kovalchuk

Kuban State University; Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Author for correspondence.
Email: kovol13@yandex.ru
Russian Federation, Krasnodar; Novocherkassk

A. A. Minenko

Kuban State University

Email: kovol13@yandex.ru
Russian Federation, Krasnodar

N. A. Romanyuk

Kuban State University

Email: kovol13@yandex.ru
Russian Federation, Krasnodar

N. V. Smirnova

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Email: kovol13@yandex.ru
Russian Federation, Novocherkassk

S. A. Loza

Kuban State University

Email: kovol13@yandex.ru
Russian Federation, Krasnodar

V. I. Zabolotsky

Kuban State University

Email: kovol13@yandex.ru
Russian Federation, Krasnodar

References

  1. Al-Amshawee S., Yunus M.Y.B.M., Azoddein A.A.M. et al. // Chem. Eng. J. 2020. V. 380. 122231.
  2. Kabir M.M., Sabur G.M., Akter M.M. et al. // Desalination. 2024. V. 569. 117041.
  3. Shi J., Gong L., Zhang T., Sun S. // Membranes. 2022. V. 12. 767.
  4. Mustafa J., Al-Marzouqi A.H., El-Naas M.H., Ghasem N. // Desalination. 2021. V. 520. 115327.
  5. Turek M. // Desalination. 2003. V. 153. 115327.
  6. AlMadani H.M.N. // Renew. Energy. 2003. V. 28 (12). P. 1915–1924.
  7. Tado K., Sakai F., Sano Y., Nakayama A. // Desalination. 2016. V. 378. P. 60–66.
  8. Yan J., Wang H., Fu R. et al. // Desalination. 2022. V. 531. 115690.
  9. Gurreri L., Tamburini A., Cipollina A., Micale G. // Membranes. 2020. V. 10. 146.
  10. Sun B., Zhang M., Huang S. et al. // Sep. Purif. Technol. 2022. V. 281. 119907.
  11. Li C., Ramasamy D.L., Sillanpää M., Repo E. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 254. 117442.
  12. Kabir M.M., Sabur G.Md., Akter Mst. et al. // Desalination. 2024. V. 569. P. 117041.
  13. Cifuentes L., García I., Arriagada P., Casas J.M. // Sep. Purif. Technol. 2009. V. 68 (1). P. 105–108.
  14. Cerrillo-Gonzalez M. del M., Villen-Guzman. M., Rodriguez-Maroto J.M., Paz-Garcia J.M. // Metals. 2024. V. 14. 134857.
  15. Juve J.-M.A., Christensen F.M.S., Wang. Y., Wei Z. // Chem. Eng. J. 2022. V. 435. 134857.
  16. Havelka J., Fárová H., Jiříček T. et al. // Water Sci. Technol. 2019. V. 79 (8). P. 1580–1586.
  17. Balcik-Canbolat C., Sengezer C., Sakar H. et al. // Environ. Technol. 2020. V. 41 (4). P. 440–449.
  18. Moltedo J.J., Schwarz A., Gonzalez-Vogel A. // J. Environ. Manage, 2022. V. 303. 114104.
  19. Patel S.K., Lee B., Westerhoff P., Elimelech M. // Water. Res. 2024. V. 250. 121009.
  20. Sun B., Zhang M., Huang S. et al. // Desalination. 2021. V. 498. 114793.
  21. Cho Y., Kim K., Ahn J., Lee J. // Metals. 2020. V. 10. 851.
  22. Demin A.V., Zabolotskii V.I. // Russ. J. Electrochem. 2008. V. 44. P. 1058–1064.
  23. Лоза С.А., Романюк Н.А., Фалина И.В., Лоза Н.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. С. 269–290.
  24. Ge L., Wu B., Li Q. et al. // J. Memb. Sci. 2016. V. 498. P. 192–200.
  25. Hube S., Eskafi M., Hrafnkelsdóttir K.F. // Sci. Total Environ. 2020. V. 710. 136375.
  26. Babilas D., Muszyński J., Milewski A. et al. // Chem. Eng. J. 2021. V. 408. P. 127908.
  27. Luo T., Abdu S., Wessling M. // J. Memb. Sci. 2018. V. 555. P. 429–454.
  28. Ge L., Wu B., Yu D. et al. // Chinese J. Chem. Eng. 2017. V. 25. P. 1606–1615.
  29. Lysova A.A., Manin A.D., Golubenko D.V. et al. // J. Memb. Sci. 2025. V. 716. 123518.
  30. Manin A.D., Golubenko D.V., Yurova P.A., Yaroslavtsev A.B. // Mendeleev Commun. 2023. V. 33. P. 365–367.
  31. Golubenko D.V., Manin A.D., Wang Y. et al. // Desalination. 2022. V. 531. 115719.
  32. Golubenko D.V., Karavanova Y.A., Melnikov S.S. et al. // J. Memb. Sci. 2018. V. 563. P. 777–784.
  33. Karavanova Y.A., Kas’kova Z.M., Veresov A.G., Yaroslavtsev A.B. // Russ. J. Inorg. Chem. 2010. V. 55. P. 479–483.
  34. Li J., Zhou M.-li, Lin J.-yang et al. // J. Memb. Sci. 2015. V. 486. P. 89–96.
  35. Rehman D., Ahdab Y.D., Lienhard J.H. // Water Res. 2021. V. 199. 117171.
  36. Zhang W., Miao M., Pan J. et al. // Desalination. 2017. V. 411. P. 28–37.
  37. Lambert J., Avila-Rodriguez M., Durand G., Rakib M. // J. Memb. Sci. 2006. V. 280 (1–2). P. 219–225.
  38. Sata. T. // J. Memb. Sci. 1994. V. 93 (2). P. 117–135.
  39. Sata T., Sata T., Yang W. // J. Memb. Sci. 2002. V. 206. № 1–2. P. 31–60.
  40. Hosseini S.M., Alibakhshi H., Jashni E.et al. // J. Hazard. Mater. 2020. V. 381. 120884.
  41. Zhao C., Xue J., Ran F., Sun S. // Prog. Mater. Sci. 2013. V. 58, № 1. P. 76–150.
  42. Yurova, P.A.; Stenina, I.A.; Manin, A.D. et al. // Membr. Membr. Technol. 2024. V. 6. P. 55–62.
  43. Zhong S., Cui X., Fu T., Na H. // J. Power Sources. 2008. V. 180. P. 23–28.
  44. Falina I., Loza N., Loza S. et al. // Membranes. 2021. V. 11. 227.
  45. Salehi E., Hosseini S.M., Ansari S., Hamidi A. // J. Solid State Electrochem. 2016. V. 20. P. 371–377.
  46. Stenina I., Golubenko D., Nikonenko V., Yaroslavtsev A. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. 5517.
  47. Pang X., Tao Y., Xu Y.et al. // J. Memb. Sci. 2020. V. 595. 117544.
  48. Kumar P., Suhag S., Mandal J.R., Shahi V.K. // J. Memb. Sci. 2024. V. 711. 123168.
  49. Karavanova Y.A., Fedina K.G., Yaroslavtsev A.B. // Inorg. Mater. 2011. V. 47. P. 329–333.
  50. Melnikov S., Bondarev D., Nosova E. // Membranes. 2020. V. 10. 346.
  51. Bondarev D., Melnikov S., Zabolotskiy V. // J. Memb. Sci. 2023. V. 675. 121510.
  52. Патент N 2807369 Российская Федерация, МПК B01D 71/40 (2006.01), B01D 71/06 (2006.01). Способ получения гомогенной анионообменной мембраны: 2023124254: заявл. 20.09.2023: опубл. 14.11.2023 / Бондарев Д. А., Ачох А. Р., Беспалов А. В., Заболоцкий В. И.
  53. Achoh A., Bondarev D., Melnikov S., Zabolotsky V. // Electrochem. 2024. V. 5. P. 393–406.
  54. Loza S., Loza N., Kutenko N., Smyshlyaev N. // Membranes. 2022. V. 12. 985.
  55. Protasov K.V., Shkirskaya S.A., Berezina N.P., Zabolotskii V.I. // Russ. J. Electrochem. 2010. V. 46. P. 1131–1140.
  56. Stenina I.A., P.A. Yurova, L. Novak et al. // Colloid Polym. Sci. 2021. V. 299. P. 719–728.
  57. Zabolotsky V.I., Achoh A.R., Lebedev K.A., Melnikov S.S. // J. Memb. Sci. 2020. V. 608. P. 118152.
  58. Mareev, S.A.; Evdochenko, E.; Wessling, M. et al. // J. Memb. Sci. 2020. V. 603. 118010.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».