Selection of Anion Exchange Membranes for Optimization of Electrodialytic Extraction of Tartrates from Aqueous Solutions

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The challenge of extracting organic acids using membrane technologies highlights the critical issue of reducing production costs and improving environmental efficiency in food and medical industries. Organic acids play a key role in manufacturing a wide range of products. Electrodialysis (ED) has established itself as a highly efficient, environmentally friendly, and economical extraction method, particularly for tartrates. During extensive testing focused on extracting tartrates from solutions via electrodialysis, a comparative study of three types of ion-exchange membranes was conducted: ASE, CJMA-3, and MA-41P. Results showed significant differences in efficiency and energy consumption among these membranes. Data were obtained in NaxH(2–x)T solution with pH 3.0, characterized by the maximum molar fraction of monovalent tartrate anions. It was demonstrated that the ASE membrane exhibits inferior mass transfer characteristics and higher energy consumption during the electrodialytic extraction of tartrates compared to the CJMA-3 membrane, despite having the highest experimental limiting current values. The MA-41P membrane, in turn, demonstrates high mechanical strength, resistance to damage, and extended service life. However, its efficiency in tartrate extraction over the same electrodialysis period proved lower than that of the CJMA-3 membrane. Thus, CJMA-3 is preferable for ED processing of tartrate-containing solutions.

Авторлар туралы

O. Yurchenko

Kuban State University

Email: olesia93rus@mail.ru
149 Stavropol str., Krasnodar, 350040, Russia

K. Brizhan

Kuban State University

149 Stavropol str., Krasnodar, 350040, Russia

N. Pismenskaya

Kuban State University

149 Stavropol str., Krasnodar, 350040, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Jiang C., Wang Y., Xu T. // Membrane Technologies for Biorefining. London: Academic Press, 2016. P. 135.
  2. Igliński B., Kiełkowska U., Piechota G. // Clean Technol. Environ. Policy. 2022. V. 24. № 7. P. 2061.
  3. Hülber-Beyer É., Bélafi-Bakó K., Nemestóthy N. // Chem. Pap. 2021. V. 75. № 10. P. 5223.
  4. Mancini E., Mansouri S.S., Gernaey K.V., Luo J., Pinelo M. // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2019. V. 50. № 18. P. 1829.
  5. Kim N., Jeon J., Chen R., Su X. // Chem. Eng. Res. Des. 2022. V. 178. P. 267.
  6. Kurzrock T., Weuster-Botz D. // Biotechnol. Lett. 2010. V. 32. P. 331.
  7. Nam H.-G., Park C., Jo S.-H., Suh Y.-W., Mun S. // Process Biochem. 2012. V. 47. № 12. P. 2418.
  8. López-Garzón C.S., Straathof A.J.J. // Biotechnol. Adv. 2014. V. 32. № 5. P. 873.
  9. Демина Н.Г., Румянцева Н.Ф., Антонова С.В., Лукьянов Д.А., Федоров А.С., Бондаренко П.Ю., Гулевич А.Ю., Дебабов В.Г. // Биотехнология. 2015. № 6. С. 52.
  10. Zhao J., He G., Liu G., Pan F., Wu H., Jin W., Jiang Z. // Prog. Polym. Sci. 2018. V. 80. P. 125.
  11. Fehér J., Cervenanský I., Václavík L., Markoš J. // Sep. Purif. Technol. 2020. V. 235. P. 116222.
  12. Huang C., Xu T., Zhang Y., Xue Y., Chen G. // J. Membr. Sci. 2007. V. 288. № 1–2. P. 1.
  13. Yang H.K., Moon S.H. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2010. V. 76. P. 169.
  14. Wang Q., Cheng G., Sun X., Jin B. // Process Biochem. 2006. V. 41. № 1. P. 152.
  15. Wang X., Wang Y., Zhang X., Xu T. // Bioresour. Technol. 2012. V. 125. P. 165.
  16. Sun X., Lu H., Wang J. // J. Clean. Prod. 2017. V. 143. P. 250.
  17. Igliński B., Piechota G., Iwański P. // Sustain. Chem. Eng. 2020. V. 1. P. 62.
  18. Lameloise M.-L., Lewandowski R. // J. Membr. Sci. 2012. V. 403–404. P. 196.
  19. Prochaska K., Woźniak-Budych M.J. // J. Membr. Sci. 2014. V. 469. P. 428.
  20. Ferrer J.S.J., Laborie S., Durand G., Rakib M. // J. Membr. Sci. 2006. V. 280. № 1–2. P. 509.
  21. Jaime-Ferrer J.S., Couallier E. // J. Membr. Sci. 2008. V. 325. № 2. P. 528.
  22. Wang Y., Zhang N., Huang C., Xu T. // J. Membr. Sci. 2011. V. 385–386. P. 226.
  23. Ttivedi G., Shah B., Adhikary S., Indusekhar V., Rangarajan R. // React. Funct. Polym. 1997. V. 32. № 2. P. 209.
  24. Liu X., Li Q., Jiang C., Lin X., Xu T. // J. Membr. Sci. 2015. V. 482. P. 76.
  25. Rottiers T., Van der Bruggen B., Pinoy L. // J. Ind. Eng. Chem. 2017. V. 54. P. 190.
  26. Liu G., Wu D., Chen G., Halim R., Liu J., Deng H. // Sep. Purif. Technol. 2021. V. 263. P. 118403.
  27. Zhang K., Wang M., Wang D., Gao C. // J. Membr. Sci. 2009. V. 341. № 1–2. P. 246.
  28. Rózsenberszki T., Komáromy P., Hülber-Beyer É., Bakonyi P., Nemestóthy N., Bélafi-Bakó K. // Chem. Eng. Res. Des. 2021. V. 175. P. 348.
  29. Wang Y., Jiang C., Bazinet L., Xu T. // Separation of Functional Molecules in Food by Membrane Technology. London: Academic Press, 2019. P. 349.
  30. Vera E., Ruales J., Dornier M., Sandeaux J., Persin F., Pourcelly G., Vaillant F., Reynes R. // J. Food Eng. 2003. V. 59. № 4. P. 361.
  31. Faucher M., Henaux L., Chaudron C., Mikhaylin S., Margni M., Bazinet L. // J. Food Eng. 2020. V. 273. P. 109802.
  32. Serre E., Rozoy E., Pedneault K., Lacour S., Bazinet L. // Sep. Purif. Technol. 2016. V. 163. P. 228.
  33. Comuzzo P., Battistutta F. // Red Wine Technology. London: Academic Press, 2019. P. 17.
  34. Pasechnaya E., Tsygurina K., Ponomar M., Chuprynina D., Nikonenko V., Pismenskaya N. // Membranes. 2023. V. 13. № 1. P. 84.
  35. El Rayess Y., Castro-Muñoz R., Cassano A. // Trends Food Sci. Technol. 2024. V. 147. P. 104453.
  36. Balster J., Punt I., Stamatialis D.F., Lammers H., Verver A.B., Wessling M. // J. Membr. Sci. 2007. V. 303. № 1–2. P. 213.
  37. Merkel A., Ashrafi A.M., Ečer J. // J. Membr. Sci. 2018. V. 555. P. 185.
  38. Nemati-Amirkolaii K., Romdhana H., Lameloise M.L. // Sustainability. 2019. V. 11. № 16. P. 4492.
  39. Vecino X., Reig M., Gibert O., Valderrama C., Cortina J.L. // ACS Sustain. Chem. Eng. 2020. V. 8. № 35. P. 13387.
  40. Conidi C., Cassano A., Caiazzo F., Drioli E. // J. Food Eng. 2017. V. 195. P. 1.
  41. Ghalloussi R., Garcia-Vasquez W., Chaabane L. // J. Membr. Sci. 2013. V. 436. P. 68.
  42. Wu-Tiu-Yen J., Lameloise M.L., Petit A., Lewandowski R., Broyart B., Fargues C. // Sep. Sci. Technol. 2020. V. 56. № 10. P. 1752.
  43. Fidaleo M., Ventriglia G. // Foods. 2022. V. 11. № 12. P. 1770.
  44. Chandra A., Chattopadhyay S. // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2020. V. 589. P. 124395.
  45. Phukan R., Guttierez L., De Schepper W., Vanoppen M., Verbeken K., Raes K., Verliefde A., Cornelissen E. // Sep. Purif. Technol. 2023. V. 322. P. 124247.
  46. Laucirica G., Pérez-Mitta G., Toimil-Molares M.E., Trautmann C., Marmisollé W.A., Azzaroni O. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. № 47. P. 28997.
  47. Zhang Y., Pinoy L., Meesschaert B., Van der Brug- gen B. // AIChE J. 2011. V. 57. № 8. P. 2070.
  48. Wang Y., Zhang Z., Jiang C., Xu T. // Sep. Purif. Technol. 2016. V. 170. P. 353.
  49. Yan H., Wang Y., Xu T. // Proceedings of the 5th International Conference on Sustainable Chemical Production Process Engineering (SCPPE). 2019. P. 65.
  50. Pismenskaya N., Rybalkina O., Solonchenko K., Pasechnaya E., Sarapulova V., Wang Y., Jiang C., Xu T., Nikonenko V. // Polymers. 2023. V. 15. № 10. P. 2288.
  51. Монополярные мембраны. URL: http://azotom.ru/monopolyarnye-membrany/ (дата обращения: 01.013.2024).
  52. Kozaderova O.A., Kim K.B., Gadzhiyevа C.S., Niftaliev S.I. // J. Membr. Sci. 2020. V. 604. P. 118081.
  53. Васильева В.И., Мещерякова Е.Е., Фалина И.В., Кононенко Н.А., Бровкина М.А., Акберова Э.М. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 3. С. 163.
  54. Berezina N.P., Timofeev S.V., Kononenko N.A. // J. Membr. Sci. 2002. V. 209. P. 509.
  55. Pismenskaya N.D., Rybalkina O.A., Kozmai A.E., Tsygurina K.A., Melnikova E.D., Nikonenko V.V. // J. Membr. Sci. 2020. V. 601. P. 117920.
  56. Titorova V.D., Mareev S.A., Gorobchenko A.D., Gil V.V., Nikonenko V.V., Sabbatovskii K.G., Pismenskaya N.D. // J. Membr. Sci. 2021. V. 624. P. 119036.
  57. Lide R. // CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC Press, 2005.
  58. Sarapulova V., Nevakshenova E., Pismenskaya N., Dammak L., Nikonenko V. // J. Membr. Sci. 2015. V. 479. P. 28.
  59. Dukhin S.S. // Adv. Colloid Interface Sci. 1991. V. 35. P. 173.
  60. Maletzki F., Rosler H.-W., Staude E. // J. Membr. Sci. 1992. V. 71. № 1–2. P. 105.
  61. Martí-Calatayud M.C., Ruiz-García M., Pérez-Herranz V. // Sep. Purif. Technol. 2025. V. 354. P. 128951.
  62. Belashova E D., Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V. // J. Membr. Sci. 2017. V. 542. P. 177–185.
  63. Гельферих Ф. М.: Изд-во Иностр. лит., 1962. С. 490.
  64. Gorobchenko A., Yurchenko O., Mareev S., Zhang C., Pismenskaya N., Nikonenko V. // J. Water Process Eng . 2024. V. 64. P. 105711.
  65. Rybalkina O.A., Sharafan M.V., Nikonenko V.V., Pismenskaya N.D. // J. Membr. Sci. 2022. V. 651. P. 120449.
  66. Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V., Melnik N.A., Shevtsova K.A., Belova E.I., Pourcelly G., Cot D., Dammak L., Larchet C. // J. Phys. Chem. B. 2012. V. 116. № 7. P. 2145–2161.
  67. Рыбалкина О.А., Цыгурин К.А., Сарапулова В.В., Мареев С.А., Никоненко В.В., Письменская Н.Д. // Мембраны и мембранные технологии. 2019. Т. 9. № 2. С. 131–145.
  68. Pine S.H. // Organic Reactions. 2011. P. 403–464.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2025

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».