Влияние pH питающего раствора на эффективность электродиализного извлечения тартратов
- Авторы: Юрченко О.А.1, Солонченко К.В.1, Письменская Н.Д.1
-
Учреждения:
- ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет
- Выпуск: Том 14, № 6 (2024)
- Страницы: 503-516
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2218-1172/article/view/282950
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2218117224060078
- EDN: https://elibrary.ru/MAVJDG
- ID: 282950
Цитировать
Аннотация
Ресурсосберегающий и экологически целесообразный электродиализ (ЭД) находит все большее применение для разделения и очистки органических кислот, в том числе для извлечения их анионов из вин, соков и продуктов биохимической переработки отходов. В данном исследовании транспорт тартратов через анионообменную мембрануCJMA-3 изучен с помощью вольтамперометрии, хронопотенциометрии и экспериментов по ЭД. Показано, что при использовании раствора NaxH(2–x)Tc pH 9.0, который содержит только двухзарядные тартрат-анионы T2–, закономерности переноса не отличаются от хорошо известных для сильных электролитов. Если раствор имеет pH 2.5 или 3.0, он содержит смесь молекул кислоты H2T и однозарядных анионов HT–. Попадая в мембрану, часть анионов HT– диссоциирует. Протоны исключаются в обедненный раствор благодаря эффекту Доннана, а образовавшиеся двухзарядные анионы T2– переносятся через CJMA-3. Снижение концентрации HT– в примембранном обедненном растворе стимулирует необратимую диссоциацию H2T. Под действием электрического поля протоны удаляются из зоны реакции и движутся в раствор, а анионы – в мембрану. Поэтому перенос тартратов через анионообменную мембрану осуществляется даже в том случае, если питающий раствор в основном содержит молекулы кислоты. Реализация этих механизмов вызывает многократное превышение эмпирическими предельными токами значений теоретических предельных токов. Энергозатраты на извлечение 20% тартратов из 0.022 M раствора NaxH(2–x)T равны 0.22 (pH 9.0), 0.32 (pH 3.0) и 0.57(pH 2.5) кВт ч/кг. Длительность ЭД в этом случае увеличивается в ряду: pH 3.0 << pH 9.0 < pH 2.5.
Об авторах
О. А. Юрченко
ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: olesia93rus@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар
К. В. Солонченко
ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет
Email: olesia93rus@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар
Н. Д. Письменская
ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет
Email: olesia93rus@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар
Список литературы
- Kim N., Jeon J., Chen R., Su X. Chem. Eng. Res. Des., 178, 267–288 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.12.009
- Igliński B., Kiełkowska U., Piechota G. Clean. Technol. Environ. Policy, 24 (7), 2061–2079 (2022). https://doi.org/10.1007/s10098-022-02316-y
- Zhang Y., Pinoy L., Meesschaert B., Van der Bruggen B., AIChE J. 57 (8), 2070 – 2078 (2011). https://doi.org/10.1002/aic.12433
- He J.-C., Jia Y.-X., Yan R., Wang M. J. Membr. Sci., 638, 119683 (2021). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119683
- Wang Q., Chen G.Q., Lin L., Li X., Kentish S.E. Sep. Purif. Technol., 279, 119739 (2021). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119739
- RózsenberszkiT. , Komáromy P., Hülber-Beyer É., Pesti A., Koók L., Bakonyi P., Bélafi-Bakó K., Nemestóthy N. Chem. Eng. Res. Des., 190, 187–197 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.12.023
- Liu Y., Sun Y., Peng Z. Desalination, 537, 115866 (2022). https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.115866
- Luo Y., Liu Y., Shen J., Van der Bruggen B. Membranes, 12 (9), (2022). https://doi.org/10.3390/membranes12090829
- Jeremias J.S.D., Lin J.-Y., Dalida M.L.P., LuM.-C. J. Environ. Chem. Eng., 11 (2), 109336 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.109336
- Silva A.F.R., Ribeiro L.A. M.C.S Amaral, Sep. Purif. Technol., 311, 123295 (2023). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.123295
- Vecino X., Reig M., Gibert O., Valderrama C., Cortina J.L. ACS Sustain. Chem. Eng., 8 (35), 13387 – 13399 (2020). https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c04166
- Andrés L.J., Riera F.A., Alvarez R. J. Chem. Technol. Biotechnol., 70 (3), 247 – 252 (1997). https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4660(199711)70:3<247::AID-JCTB763>3.0.CO;2-8
- Renaud V., Houde V.P., Pilon G., Varin T.V., Roblet C., Marette A., Boutin Y., Bazinet L. Int. J. Mol. Sci., 22 (21), 11537 (2021). https://doi.org/10.3390/ijms222111537
- Fidaleo M., Ventriglia G. Foods, 11 (12), 1770 (2022). https://doi.org/10.3390/foods11121770
- Wang Y., Jiang C., Bazinet L., Xu T. Galanakis, C.M., Ed.; Academic Press: Cambridge, MA, USA, 349–381(2019). https://doi.org/10.1016/b978-0-12-815056-6.00010-3
- Liu G., Wu D., Chen G., Halim R., Liu J., Deng H. Sep. Purif. Technol., 263, 118403 (2021). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.118403
- Chandra A., Bhuvanesh E.B., Chattopadhyay S. Chem. Eng. Res. Des., 178, 13–24 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.11.035
- Chandra A., Tadimeti J.G.D., Chattopadhyay S. Chin. J. Chem. Eng., 26 (2), 278–292 (2018). https://doi.org/10.1016/j.cjche.2017.05.010
- Chandra A., Chattopadhyay S. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 589, 124395 (2020). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.124395
- Laucirica G., Pérez-Mitta G., Toimil-Molares M.E., Trautmann C., Marmisollé W.A., Azzaroni O. J. Phys. Chem. C, 123, 28997–29007 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b07977
- Liu J., Liang J., Feng X., Cui W., Deng H., Ji Z., Zhao Y. , Guo X., Yuan J. J. Membr. Sci., 624, 119109 (2021). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119109
- Vásquez-Garzón M.L., Bonotto G., Marder L., Ferreira J.Z., Bernardes A.M. Desalination, 263 (1–3), 118 – 121(2010). https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.06.047
- Martí-Calatayud M.C., Ruiz-García M., Pérez-Herranz V. Sep. Purif. Technol., 354, 128951 (2025). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128951
- Lide R. CRC Handbook of Chemistry and Physics 86TH Edition 2005–2006, 2005.
- Kozaderova O.A., Kim K.B., Gadzhiyevа Ch.S., Niftaliev S.I. J. Memb. Sci., 604, 118081 (2020). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118081.
- Vasilieva V.I., Meshcheryakova E.E., Falina I.V., Kononenko N.A., Brovkina M.A., Akberova E.M. Membr. Membr. Technol., 5, 139–147 (2023). https://doi.org/10.1134/S2517751623030083
- Wang Y., Zhang Z., Jiang C., Xu T. Sep. Purif. Technol., 170, 353–359 (2016). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.07.002
- Yan H., Wang Y., Xu T. K6-5: Developing Ion Exchange Membrane for Treating High Salinity Water Using Electrodialysis. In Proceedings of the 5th International Conference on Sustainable Chemical Production Process Engineering (SCPPE), Tianjin, China, 30 July 2019; p. 65.
- Sarapulova V., Pismenskaya N., Titorova V., Sharafan M., Wang Y., Xu T., Zhang Y., Nikonenko V. Int. J. Mol. Sci. 22, № 3, 415 (2021). https://doi.org/10.3390/ijms22031415
- Ponomar M., Krasnyuk E., Butylskii D., Nikonenko V., Wang Y., Jiang C., Xu T., Pismenskaya N. Membranes, 12, 765 (2022). https://doi.org/10.3390/membranes12080765
- Pismenskaya N., Rybalkina O., Solonchenko K., Pasechnaya E., Sarapulova V., Wang Y., Jiang C., Xu T., Nikonenko V. Polymers, 15, 2288 (2023). https://doi.org/10.3390/polym15102288
- Pismenskaya N.D., Rybalkina O.A., Kozmai A.E., Tsygurina K.A., Melnikova E.D., Nikonenko V.V. J. Membr. Sci., 601, 117920 (2020). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.117920
- Titorova V.D., Mareev S.A., Gorobchenko A.D., Gil V.V., Nikonenko V.V., Sabbatovskii K.G., Pismenskaya N.D. J. Membr. Sci., 624, 119036 (2021). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.119036
- Sarapulova V., Nevakshenova E., Pismenskaya N., Dammak L., Nikonenko V. J. Membr. Sci., 479, 28–38 (2015). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.01.015
- Maletzki F., Rosler H.-W., Staude E. J. Membr. Sci., 71, 105 (1992). https://doi.org/10.1016/0376-7388(92)85010-G
- Dukhin S.S. Adv. Colloid Interface Sci., 35, 173–196 (1991). https://doi.org/10.1016/0001-8686(91)80022-C
- Mishchuk N.A. Adv. Colloid Interface Sci., 160, 16–39 (2010), https://doi.org/10.1016/j.cis.2010.07.001
- Rubinstein I., Zaltzman B. Phys. Rev. Lett. 114, 114502 (2015). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.114502
- Rubinstein I., Zaltzman B. Phys. Rev. E., 62, 2238–2251 (2000). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.62.2238
- Zaltzman B., Rubinstein I. J. Fluid Mech., 579, 173–226 (2007). https://doi.org/10.1017/S0022112007004880
- Simons R. Electrochim. Acta., 29, 151–158 (1984). https://doi.org/10.1016/0013-4686(84)87040-1
- Tanaka Y. Prog. Filtr. Sep., 207–284 (2015). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384746-1.00006-9
- Zabolotsky V.I., Shel’deshov N.V., Gnusin N.P. Russ. Chem. Rev., 57, 801–808 (1988). https://doi.org/10.1070/RC1988v057n08ABEH003389
- Rybalkina O.A., Moroz I.A., Gorobchenko A.D., Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V. Membr. Membr. Technol., 4, 31–38 (2022). https://doi.org/10.1134/S2517751622010061
- Helfferich F. Ion Exchange, McGraw-Hil, New York, 1962.
- Rybalkina O.A., Sharafan M.V., Nikonenko V.V., Pismenskaya N.D. J. Membr. Sci., 651, 120449 (2022). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120449
- Zabolotskii V.I., Lebedev K.A., Shel’deshov N.V. Russ. J. Electrochem., 53 (9), 966–979 (2017). https://doi.org/10.1134/S102319351709018X
- Sharafan M.V., Gorobchenko A.D., Nikonenko V.V. Membr. Membr. Technol. (In press)
- Strnad J., Kincl M., Beneš J., Svoboda M., Vobecká L., Slouka Z. Desalination, 571, 117093 (2024). https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.117093
Дополнительные файлы
