[go: up one dir, main page]

RU207737U1 - Анионообменная мембрана - Google Patents

Анионообменная мембрана Download PDF

Info

Publication number
RU207737U1
RU207737U1 RU2020127760U RU2020127760U RU207737U1 RU 207737 U1 RU207737 U1 RU 207737U1 RU 2020127760 U RU2020127760 U RU 2020127760U RU 2020127760 U RU2020127760 U RU 2020127760U RU 207737 U1 RU207737 U1 RU 207737U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
membranes
boltorn
phosphorylated
exchange membrane
Prior art date
Application number
RU2020127760U
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Алексеевич Лоза
Наталья Владимировна Лоза
Виктор Викторович Доценко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority to RU2020127760U priority Critical patent/RU207737U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU207737U1 publication Critical patent/RU207737U1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44Ion-selective electrodialysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/26Polyalkenes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/76Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • B01D71/82Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74 characterised by the presence of specified groups, e.g. introduced by chemical after-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к мембранной технике и технологии, а именно к изделиям из высокомолекулярных соединений, используемых в качестве ионселективных мембран для электродиализной переработки растворов. В качестве полимерных мембран при электродиализе используют промышленно выпускаемые мембраны, а также мембраны, полученные их модифицированием физическими и химическими методами.Предлагается анионообменная мембрана, состоящая из подложки, в качестве которой взята мембрана, содержащая 35% полиэтилена и 65% сильноосновного анионита, и слоя модификатора, расположенного на профилированной поверхности мембраны. Слой выполнен из фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и перфторсульфополимера МФ-4СК в соотношении 1:1 по массе.Технический результат - увеличение электропроводности при сохранении диффузионной проницаемости, что позволяет достичь высоких выходов по току при одновременном снижении энергозатрат. 1 ил., 2 табл.

Description

Полезная модель относится к мембранной технике и технологии, а именно к изделиям из высокомолекулярных соединений, используемых в качестве ионселективных мембран для электродиализной переработки растворов. В качестве полимерных мембран при электродиализе используют промышленно выпускаемые мембраны, а также мембраны, полученные их модифицированием физическими и химическими методами.
Для эффективного применения в электродиализе мембраны должны обладать высокой электропроводностью, что обеспечит низкие энергозатраты на проведение процесса. Кроме того, диффузионная проницаемость мембран не должна возрастать для достижения высоких выходов по току.
Известна промышленно выпускаемая мембрана МА-41, содержащая 35% полиэтилена и 65% сильноосновного анионита [Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки: каталог / НИИТЭХИМ. М. 1977. 31 с.] К недостаткам этой мембраны относится низкая электропроводность.
Известны профилированные мембраны [патент №2284851 Российская Федерация, МПК B01D 61/52. Способ профилирования гетерогенных ионообменных мембран: №2005101531/15: заявл. 24.01.2005: опубл. 10.10.2006 / Заболоцкий В.И., Лоза С.А., Шарафан М.В.; заявитель ООО Инновационное предприятие "Мембранная технология" - 12 с.], обладающие по сравнению с промышленно выпускаемыми гладкими мембранами более развитой поверхностью массообмена и возможностью увеличения массопереноса за счет генерации электроконвективных вихрей на элементах профиля [Заболоцкий, В.И. Физико-химические свойства профилированных гетерогенных ионообменных мембран / В.И. Заболоцкий, С.А. Лоза, М.В. Шарафан // Электрохимия. - 2005. - Т. 41. - №10. - С. 1185-1192.]. Существенным недостатком этих мембран является высокая диффузионная проницаемость, что приводит к уменьшению выхода по току по целевым продуктам в процессе электродиализной переработки растворов и ограничивает область применения профилированных мембран.
Наиболее близкой к заявляемой мембране является гетерогенная анионообменная мембрана, поверхностно модифицированная слоем, состоящим из перфторсульфополимера МФ-4СК и фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20, обработанного ортофосфорной кислотой в диоксане [Утин С.В. Влияние функционализации и природы ионогенных групп сверхразветвленных полимеров на электрохимические характеристики асимметричных биполярных мембран / С.В. Утин, С.А. Лоза, А.В. Беспалов, В.И. Заболоцкий // Мембраны и мембранные технологии. - 2018. - Т. 8. - №1. - С. 42-50]. Применение этих мембран позволяет достичь высоких выходов по току в процессе коррекции рН растворов. Основным недостатком является низкая электропроводность, что приводит к высоким энергозатратам на проведение процесса.
Техническим результатом предлагаемой анионообменной мембраны является увеличение электропроводности при сохранении ее диффузионной проницаемости, что позволяет достичь высоких выходов по току при одновременном снижении энергозатрат.
Технический результат достигается тем, что предлагается анионообменная мембрана, состоящая из подложки, в качестве которой взята мембрана, содержащая 35% полиэтилена и 65% сильноосновного анионита, и слоя модификатора, расположенного на профилированной поверхности мембраны. Слой выполнен из фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и перфторсульфополимера МФ-4СК в соотношении 1:1 по массе.
Отличительными признаками заявляемой мембраны от прототипа являются:
наличие профилированной поверхности на подложке мембраны;
наличие на профилированной поверхности слоя, выполненного из фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и перфторсульфополимера в соотношении 1:1 по массе.
На фигуре а) изображена профилированная поверхность анионообменной мембраны в масштабе 40:1, на фигуре б) - поперечный разрез анионообменной мембраны в масштабе 50:1, на фигуре в) - поперечный разрез анионообменной мембраны в масштабе 450:1. Изображения получены методом сканирующей электронной микроскопии.
Анионообменная мембрана состоит из подложки 1 и слоя 2, выполненного из модификатора, на профилированной поверхности подложки 1.
Слой модификатора на профилированной поверхности мембраны 1 выполнен из двух компонентов: фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и перфторсульфополимера МФ-4СК, при этом префторсульфополимер играет роль связующего, обеспечивающего устойчивость слоя при набухании в воде.
Экспериментально было определено соотношение количеств фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и перфторсульфополимера МФ-4СК и определены характеристики полученных мембран в зависимости от их соотношения.
Изготавливали мембраны следующим способом.
Предварительно набухшие промышленно выпускаемые анионообмен-ные мембраны МА-41, содержащие 35% полиэтилена и 65% сильноосновного анионита профилировали на прессе с подогреваемой пресс-формой, затем высушивали в течение 24 часов до воздушно сухого состояния. Для нанесения слоя модификатора обрабатывали профилированную поверхность мембраны «ледяной» уксусной кислотой и наносили, раствор, состоящий из 10% раствора перфторсульфополимера МФ-4СК в изопропаноле, фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и «ледяной» уксусной кислоты. Мембрану оставляли при комнатной температуре на 24 часа для испарения летучих компонентов раствора (изопропанола и уксусной кислоты).
Полученную анионообменную мембрану подвергали термообработке при 90°С для удаления остаточных количеств летучих растворителей.
Были получены образцы мембран со слоем модификатора, содержащем по массе 30, 40, 50, 60 и 70% фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20. После высушивания полученные мембраны были помещены в дистиллированную воду для набухания и приведения в рабочее состояние. На образцах, содержащих 60 и 70% фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20. при набухании визуально наблюдалось отделение модифицирующего слоя от профилированной подложки. Таким образом, при превышении содержания фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 более чем 50% по массе получить устойчивый слой, выполненный из модификатора, на поверхности мембраны не удалось: при набухании мембраны в воде слой отделялся от подложки. В образцах, содержащих 30-50% фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20, расслоения мембраны не наблюдалось. Экспериментально было выявлено, что на образцах, в которых фосфори-лированный сверхразветвленный полимер на основе Boltorn Н20 был взят в равном процентном соотношении с перфторсульфополимером МФ-4СК, были получены лучшие результаты.
Фосфорилированный сверхразветвленный полимер на основе Boltorn Н20 наносят на мембрану для увеличения ее электропроводности, поэтому для получения максимально возможного его содержания было выбрано отношение масс перфторсульфополимера МФ-4СК и фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 1:1.
Пример. Предварительно набухшую промышленно выпускаемую гетерогенную анионообменную мембрану МА-41, содержащую 35% полиэтилена и 65% сильноосновного анионита, профилировали на прессе с подогреваемой пресс-формой, затем высушивали в течение 24 часов до воздушно сухого состояния. Затем профилированную поверхность мембраны 1 размером 5×20 см2 обрабатывали «ледяной» уксусной кислотой и наносили смесь, состоящую из 2,5 мл 10% раствора МФ-4СК в изопропаноле (масса перфторсульфополимера МФ-4СК в таком растворе составляет 0,212 г), навески 0,212 г фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и 2,5 мл «ледяной» уксусной кислоты. После испарения летучих растворителей (изопропа-нол и уксусная кислота) мембрану подвергали термообработке при 90°С для удаления остаточных количеств летучих растворителей. При этом на профилированной поверхности мембраны получали слой, состоящий из фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и перфторсульфополимера в соотношении 1:1 по массе.
Для оценки свойств полученной анионообменной мембраны проводили определение ее удельной электропроводности (к, См/м), диффузионной проницаемости (Р, м2/с) и диффузионного потока соли через мембрану (J, моль/(с⋅м2)) в растворе хлорида натрия [Berezina, N.P. Characterization of ion-exchange membrane materials: Properties vs structure / N.P. Berezina, N.A. Kononenko, O.A. Dyomina, N.P. Gnusin // Adv. Colloid Interface Sci. - 2008. - V. 139. - P. 3-28].
В таблице 1 приведены результаты исследования характеристик промышленно выпускаемой мембраны МА-41 (образец 1); мембраны МА-41 со слоем модификатора (образец 2), профилированной мембраны МА-41 (мембрана 1) (образец 3) и анионообменной мембраны, имеющей слой модификатора на профилированной поверхности (образец 4).
Анализ полученных данных показывает, что при нанесении слоя модификатора (образец 2) электропроводность мембраны увеличивается на 20%. При профилировании мембраны ее электропроводность повышается также на 20% (образец 3), но при этом в 3,2 раза повышается ее диффузионная проницаемость, что является негативным, так как приводит к ухудшению селективности такой мембраны при ее применении в электродиализе. Для анионообменной мембраны (образец 4) диффузионная проницаемость не превышает величину, характерную для коммерческой анионообменной мембраны МА-41, при этом электропроводность такой мембраны возрастает более чем на 40% по сравнению с исходной МА-41.
Figure 00000001
С использованием изготовленных анионообменных мембран было проведено электродиализное обессоливание раствора хлорида натрия с концентрацией 0,1 моль/л. Рабочий размер мембран составлял 5×20 см2, межмембранное расстояние 0,1 см, количество парных камер - 5. В качестве катионообменных мембран использовали промышленно выпускаемые мембраны МК-40. Для сравнения было проведено обессоливание с использованием промышленно выпускаемых мембран МА-41 и МК-40. Анализ данных, приведенных в таблице 2, показывает, что применение предлагаемых анионообменных мембран при электродиализном обессоливании позволяет увеличить выход по току и уменьшить энергозатраты.
Figure 00000002
Таким образом, предлагаемая анионообменная мембрана новая, промышленно применимая в электродиализной переработке растворов электролитов, обладает улучшенными характеристиками, такими как повышенная электропроводность при сохранении диффузионной проницаемости, что обеспечивает высокие выходы по току и низкие энергозатраты на обессоливание, следовательно, технический результат достигнут.
Предлагаемая мембрана соответствует критериям охраноспособности, предъявляемым к полезным моделям.

Claims (1)

  1. Анионообменная мембрана, состоящая из подложки, содержащей 35% полиэтилена и 65% сильноосновного анионита, и нанесенного на нее слоя модификатора, выполненного из фосфорилированного сверхразветвленного полимера на основе Boltorn Н20 и перфторсульфополимера, отличающаяся тем, что одна из поверхностей подложки выполнена профилированной с нанесенным слоем модификатора, содержащим фосфорилированный сверхразветвленный полимер на основе Boltorn Н20 и перфторсульфополимера в соотношении 1:1 по массе.
RU2020127760U 2020-08-18 2020-08-18 Анионообменная мембрана RU207737U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127760U RU207737U1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Анионообменная мембрана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127760U RU207737U1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Анионообменная мембрана

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU207737U1 true RU207737U1 (ru) 2021-11-12

Family

ID=78610794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127760U RU207737U1 (ru) 2020-08-18 2020-08-18 Анионообменная мембрана

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU207737U1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2284851C1 (ru) * 2005-01-24 2006-10-10 Общество с ограниченной ответственностью Инновационное предприятие "Мембранная технология" Способ профилирования гетерогенных ионообменных мембран
WO2007105952A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Stichting Voor De Technische Wetenschappen Gas separation membranes comprising permeability enhancing additives
RU2676621C2 (ru) * 2016-04-07 2019-01-09 Дмитрий Сергеевич Лопатин Модифицированная анионообменная мембрана и способ ее изготовления
RU2677202C2 (ru) * 2017-05-24 2019-01-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Способ модификации сульфокатионообменной мембраны для высокоинтенсивного электродиализа
CN110665378A (zh) * 2019-10-31 2020-01-10 北京工业大学 一种过渡金属离子改性共价有机骨架/聚合物杂化膜、制备及应用
US20200070142A1 (en) * 2018-09-04 2020-03-05 Xergy Inc. Multilayered ion exchange membranes

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2284851C1 (ru) * 2005-01-24 2006-10-10 Общество с ограниченной ответственностью Инновационное предприятие "Мембранная технология" Способ профилирования гетерогенных ионообменных мембран
WO2007105952A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Stichting Voor De Technische Wetenschappen Gas separation membranes comprising permeability enhancing additives
RU2676621C2 (ru) * 2016-04-07 2019-01-09 Дмитрий Сергеевич Лопатин Модифицированная анионообменная мембрана и способ ее изготовления
RU2677202C2 (ru) * 2017-05-24 2019-01-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") Способ модификации сульфокатионообменной мембраны для высокоинтенсивного электродиализа
US20200070142A1 (en) * 2018-09-04 2020-03-05 Xergy Inc. Multilayered ion exchange membranes
CN110665378A (zh) * 2019-10-31 2020-01-10 北京工业大学 一种过渡金属离子改性共价有机骨架/聚合物杂化膜、制备及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
УТИН С.В. и др., Влияние функционализации и природы ионогенных групп сверхразветвленных полимеров на электрохимические характеристики асимметричных биполярных мембран, Мембраны и мембранные технологии, 2018, т. 8, N 1, сс. 42-50. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ge et al. Electrodialysis with nanofiltration membrane (EDNF) for high-efficiency cations fractionation
Khan et al. Development of BPPO-based anion exchange membranes for electrodialysis desalination applications
Vasil'eva et al. Effect of surface profiling of a cation-exchange membrane on the phenylalanine and NaCl separation performances in diffusion dialysis
Paltrinieri et al. Functionalized anion-exchange membranes facilitate electrodialysis of citrate and phosphate from model dairy wastewater
Pismenskaya et al. Dependence of composition of anion-exchange membranes and their electrical conductivity on concentration of sodium salts of carbonic and phosphoric acids
Zuo et al. New PVDF organic–inorganic membranes: The effect of SiO2 nanoparticles content on the transport performance of anion-exchange membranes
Chakrabarty et al. Stable ion-exchange membranes for water desalination by electrodialysis
Mandal et al. Selective recovery of carboxylic acid through PVDF blended anion exchange membranes using electrodialysis
Hosseini et al. Fabrication of novel electrodialysis heterogeneous ion exchange membranes by incorporating PANI/GO functionalized composite nanoplates
Tanaka et al. Preparation of aliphatic-hydrocarbon-based anion-exchange membranes and their anti-organic-fouling properties
Gizli et al. Characterization of poly (vinylchloride)(PVC) based cation exchange membranes prepared with ionic liquid
Khan et al. Preparation of diffusion dialysis membrane for acid recovery via a phase-inversion method
Pismenskaya et al. How Chemical Nature of Fixed Groups of Anion-Exchange Membranes Affects the Performance of Electrodialysis of Phosphate-Containing Solutions?
Rajput et al. Effect of environmental temperature and applied potential on water desalination performance using electrodialysis
Tanaka Regularity in ion-exchange membrane characteristics and concentration of sea water
RU207737U1 (ru) Анионообменная мембрана
US4148979A (en) Method of improving characteristics of cation-exchange membrane by swelling in water miscible organic solvent
Sata et al. Electrodialytic transport properties of anion-exchange membranes prepared from poly (vinyl alcohol), poly (N-ethyl 4-vinylpyridinium salt) and β-cyclodextrin
RU195198U1 (ru) Композитная анионообменная мембрана
Srivastava et al. BaCO3 nanoparticles embedded retentive and cation selective membrane for separation/recovery of Mg2+ from natural water sources
Rupiasih Effects of electrolytes on ion transport in Chitosan membranes
KR20160129423A (ko) 산/염기 발생을 위한 물분해 전기투석 공정용 바이폴라막
Ngo et al. The performance of MCDI: The effect of sulfosuccinic acid ratio in the PVA-based cation exchange membrane
KR101568861B1 (ko) 음이온 교환막의 제조방법
US3004909A (en) Electropositive selective permeable membrane and method of production