Оценка влияния электроосмоса на эффективность электробаромембранного разделения с использованием трековых мембран

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты теоретического анализа влияния электроосмотического потока на электромиграционный и конвективный перенос конкурирующих ионов, разделяемых электробаромембранным методом. Разделяемые ионы одного знака заряда движутся в электрическом поле через поры трековой мембраны к соответствующему электроду, при этом за счет перепада давления на мембране создается соразмерный встречный конвективный поток. Упрощенная модель, основанная на уравнении конвективной электродиффузии и Хагена–Пуазейля, позволяет анализировать экспериментальные данные, используя только эффективные числа переноса ионов в мембране в качестве подгоночных параметров. С использованием 2D математической модели, описываемой системой уравнений Нернста–Планка, Навье–Стокса и Пуассона показано, что электроосмотический поток может быть причиной превышения эффективных чисел переноса конкурирующих ионов над их значениями в растворе, даже если эти ионы являются коионами для мембраны.

Об авторах

Д. Ю. Бутыльский

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, 149

С. А. Мареев

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, 149

И. И. Рыжков

Институт вычислительного моделирования СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50-44; Россия, 660041, Красноярск, Свободный пр., 79

М. Х. Уртенов

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, 149

П. Ю. Апель

Объединенный институт ядерных исследований

Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 141980, Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6,

В. В. Никоненко

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: v_nikonenko@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, 149

Список литературы

  1. Tang C., Yaroshchuk A., Bruening M.L. // Chem. Commun. 2020. V. 56. № 74. P. 10954.
  2. Ge L., Wu B., Yu D., Mondal A.N., Hou L., Afsar N.U., Li Q., Xu T., Miao J., Xu T. // Chinese J. Chem. Eng. 2017. V. 25. № 11. P. 1606.
  3. Wang P., Wang M., Liu F., Ding S., Wang X., Du G., Liu J., Apel P., Kluth P., Trautmann C., Wang Y. // Nat. Commun. 2018. V. 9. № 1. P. 569.
  4. Humplik T., Lee J., O’Hern S.C., Fellman B.A., Baig M.A., Hassan S.F., Atieh M.A., Rahman F., Laoui T., Karnik R., Wang E.N. // Nanotechnology. 2011. V. 22. № 29. P. 292001.
  5. Wen Q., Yan D., Liu F., Wang M., Ling Y., Wang P., Kluth P., Schauries D., Trautmann C., Apel P., Guo W., Xiao G., Liu J., Xue J., Wang Y. // Adv. Funct. Mater. 2016. V. 26. № 32. P. 5796.
  6. Beaulieu M., Perreault V., Mikhaylin S., Bazinet L. // Membranes (Basel). 2020. V. 10. № 6. P. 113.
  7. He R., Girgih A.T., Rozoy E., Bazinet L., Ju X.-R., Aluko R.E. // Food Chem. 2016. V. 197. P. 1008.
  8. Pismenskaya N., Tsygurina K., Nikonenko V. // Membranes (Basel). 2022. V. 12. № 5. P. 497.
  9. Nir O., Sengpiel R., Wessling M. // Chem. Eng. J. 2018. V. 346. P. 640.
  10. Kumar R., Liu C., Ha G.-S., Park Y.-K., Ali Khan M., Jang M., Kim S.-H., Amin M.A., Gacem A., Jeon B.-H. // Chem. Eng. J. 2022. V. 447. P. 137507.
  11. Ge L., Wu B., Li Q., Wang Y., Yu D., Wu L., Pan J., Miao J., Xu T. // J. Memb. Sci. 2016. V. 498. P. 192.
  12. Ballet G.T., Hafiane A., Dhahbi M. // J. Memb. Sci. 2007. V. 290. № 1–2. P. 164.
  13. López J., Reig M., Licon E., Valderrama C., Gibert O., Cortina J.L. // Sep. Purif. Technol. 2022. V. 290. P. 120 914.
  14. Cecile Urbain Marie G., Perreault V., Henaux L., Carnovale V., Aluko R.E., Marette A., Doyen A., Bazinet L. // Sep. Purif. Technol. 2019. V. 211. P. 242.
  15. Masson F.-A., Mikhaylin S., Bazinet L. // J. Dairy Sci. 2018. V. 101. № 8. P. 7002.
  16. Ekman A., Forssell P., Kontturi K., Sundholm G. // J. Memb. Sci. 1982. V. 11. № 1. P. 65.
  17. Forssell P., Kontturi K. // Sep. Sci. Technol. 1983. V. 18. № 3. P. 205.
  18. Kontturi K., Pajari H. // Sep. Sci. Technol. 1986. V. 21. № 10. P. 1089.
  19. Butylskii D.Y., Pismenskaya N.D., Apel P.Y., Sabbatovskiy K.G., Nikonenko V.V. // J. Memb. Sci. 2021. V. 635. P. 119449.
  20. Butylskii D., Troitskiy V., Chuprynina D., Kharchenko I., Ryzhkov I., Apel P., Pismenskaya N., Nikonenko V. // Membranes (Basel). 2023. V. 13. № 5. P. 455.
  21. Tang C., Bondarenko M.P., Yaroshchuk A., Bruening M.L. // J. Memb. Sci. 2021. V. 638. P. 119 t684.
  22. Cui Z.F., Jiang Y., Field R.W. Fundamentals of Pressure-Driven Membrane Separation Processes // Membrane Technology. 2010. P. 1.
  23. Butylskii D.Y., Troitskiy V.A., Chuprynina D.A., Dammak L., Larchet C., Nikonenko V.V. // Membranes (Basel). 2023.
  24. Kontturi K., Ojala T., Forssell P. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1 Phys. Chem. Condens. Phases. 1984. V. 80. № 12. P. 3379.
  25. Tang C., Yaroshchuk A., Bruening M.L. // Membranes (Basel). 2022. V. 12. № 6. P. 631.
  26. Butylskii D.Y., Dammak L., Larchet C., Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V. // Russ. Chem. Rev. 2023. V. 92. P. RCR5074.
  27. Kontturi K., Forssell P., Ekman A. // Sep. Sci. Technol. 1982. V. 17. № 10. P. 1195.
  28. Kontturi K., Forssell P., Sipilä A.H. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1 Phys. Chem. Condens. Phases. 1982. V. 78. № 12. P. 3613.
  29. Кислый А.Г., Бутыльский Д.Ю., Мареев С.А., Никоненко В.В. // Мембраны и Мембранные технологии. 2021. V. 11. № 2. P. 146.
  30. Kedem O., Katchalsky A. // Trans. Faraday Soc. 1963. V. 59. P. 1918.
  31. Филиппов А.Н. // Коллоидный журн. 2018. V. 80. № 6. P. 745.
  32. Филиппов А.Н. // Коллоидный журн. 2018. V. 80. № 6. P. 758.
  33. Kedem O., Freger V. // J. Memb. Sci. 2008. V. 310. № 1–2. P. 586.
  34. Murthy Z.V.P., Chaudhari L.B. // Chem. Eng. J. 2009. V. 150. № 1. P. 181.
  35. Kelewou H., Lhassani A., Merzouki M., Drogui P., Sellamuthu B. // Desalination. 2011. V. 277. № 1–3. P. 106.
  36. Kovács Z., Discacciati M., Samhaber W. // J. Memb. Sci. 2009. V. 332. № 1–2. P. 38.
  37. Hidalgo A.M., León G., Gómez M., Murcia M.D., Gómez E., Macario J.A. // Membranes (Basel). 2020. V. 10. № 12. P. 408.
  38. Wu F., Feng L., Zhang L. // Desalination. 2015. V. 362. P. 11.
  39. Zhang Y., Zhang L., Hou L., Kuang S., Yu A. // AIChE J. 2019. V. 65. № 3. P. 1076.
  40. Ghosh S., Klett R., Fink D., Dwivedi K.K., Vacík J., Hnatowicz V., Červena J. // Radiat. Phys. Chem. 1999. V. 55. № 3. P. 271.
  41. Apel P., Schulz A., Spohr R., Trautmann C., Vutsadakis V. // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms. 1998. V. 146. № 1–4. P. 468.
  42. Berezkin V.V., Kiseleva O.A., Nechaev A.N., Sobolev V.D., Churaev N. V. // Kolloidn. Zhurnal. 1994. V. 56. № 2. P. 319.
  43. Berezkin V. V, Volkov V.I., Kiseleva O.A., Mitrofanova N.V., Sobolev V.D. // Adv. Colloid Interface Sci. 2003. V. 104. № 1–3. P. 325.
  44. Déjardin P., Vasina E.N., Berezkin V. V., Sobolev V.D., Volkov V.I. // Langmuir. 2005. V. 21. № 10. P. 4680.
  45. Apel P., Koter S., Yaroshchuk A. // J. Memb. Sci. 2022. V. 653. P. 120 556.
  46. Nichka V.S., Mareev S.A., Apel P.Y., Sabbatovskiy K.G., Sobolev V.D., Nikonenko V.V. // Membranes (Basel). 2022. V. 12. № 12. P. 1283.
  47. Apel P.Y. Track-Etching // Encyclopedia of Membrane Science and Technology / Ed. Hoek E.M.V., Tarabara V.V. 2013. P. 332.
  48. Ryzhkov I.I., Lebedev D.V., Solodovnichenko V.S., Minakov A.V., Simunin M.M. // J. Memb. Sci. 2018. V. 549. P. 616.

Дополнительные файлы


© Д.Ю. Бутыльский, С.А. Мареев, И.И. Рыжков, М.Х. Уртенов, П.Ю. Апель, В.В. Никоненко, 2023