ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОМЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ РАСТВОРА СУЛЬФАТА КАЛИЯ
Аннотация
В работе представлен обобщенный анализ литературных данных по электрохимическим и кинетическим характеристикам мембранных систем при использовании ионообменных материалов. Исследование вольтамперных, омических характеристик и электропроводности мембранных систем, оснащенных мембранами УФМ-50, при разделении водного раствора сульфата калия выявило несколько характерных участков на зависимости i - f (U). Линейный участок 0 – 3В (I участок), вероятно, определяется начальным сопротивлением, зависящим от перенапряжения процесса электролиза воды и др. параметрами; участок возрастания плотности тока (запредельный режим) при U = 3 – 12 В (II участок), связан с появлением в межмембранном канале дополнительных переносчиков электрического тока (ионов Н+ и ОНˉ), вследствие реакции диссоциации молекул воды; участок 12 – 27 В (III участок) характеризуется, вероятно, деградацией активного слоя прикатодной мембраны УФМ-50. Отмечается, что увеличение трансмембранного давления в интервале напряжения 3 - 27 В при исследовании электрохимических характеристик мембранной системы приводит к уменьшению ее общего омического сопротивления и возрастанию электропроводности, что связано с процессом дросселирования раствора в электрохимической ячейке и тепловыделением в растворе. Анализ зависимостей удельного выходного потока исследуемой мембранной системы от времени эксперимента показал, что при постоянном трансмембранном давлении Р = 1,0 МПа, варьировании плотности электрического тока i = 19,2 А/м2, i = 25,6 А/м2 удельный выходной поток зависит от величины рН прикатодного (подщелоченного) и прианодного (подкисленного) пермеата. При увеличении времени проведения эксперимента зависимости удельного выходного потока и рН для прикатодного, прианодного пермеата убывают, при этом наблюдается временной дрейф рН пермеата (300 – 2100 с) и установившийся режим рН работы мембран (2100 – 3600 с), что объясняется изменением гидродинамики в аппарате, деградацией мембран, диссоциацией воды.
Литература
Goncharuk V.V., Dul’neva T.Y., Kucheruk D.D. Water Purification of Hydroxocomlexes of Heavy Metals by Electromicrofiltration Using Inorganic Membranes. J. Water Chem. Technol. 2010. V. 32. P. 95-100. DOI: 10.3103/S1063455X10020050.
Lazarev S.I., Kovalev S.V., Konovalov D.N., Kovaleva O.A. Analysis of Kinetic Characteristics of Baromem-brane and Electrobaromembrane Separation of Ammonium Nitrate Solution. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 9. P. 28–36 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206309.6196.
Myronchuk V.G., Zmievskii Yu.G., Dzyazko Y., Rozhdestvenska L.M. Whey Desalination Using Polymer and Inorganic Membranes: Operation Conditions. Acta Period. Technol. 2018. N 49. P. 103–115. DOI: 10.2298/APT1849103M.
Myronchuk V.G., Zmievskii Yu.G., Dzyazko Y., Rozhdestvenska L.M., Zakharov V., Bildyukevich A. Elec-trodialytic whey Demineralization Involving Polymer-inorganic Membranes, Anion Exchange Resin and Gra-phene-containing Composite. Acta Period. Technol. 2019. N 50. P. 163–171. DOI: 10.2298/APT1950163M.
Lazarev S.I., Kovaleva O.A., Popov R.V., Kovalev S.V., Ignantov N.N. Electromembrane Purification of Waste Water of Chemical Production from Ions Cr6+, Zn2+, SO42-, Cl-. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 4–5. P. 119–125 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20186104-05.5602.
Temershin D.D., Gavrilov S.V., Sidorov Yu.D., Kanarskiy A.V. The use of electrolysers and electrodialyzers in the food industry. Vestn. Kazan. Tekhnol. Un-ta. 2015.V. 18. N 3. P. 110-115 (in Russian).
Vasilenko P.A., Utin S.V., Zabolotskiy V.I., Lebedev K.A. Mathematical model of the softened water pH cor-rection process in long channels of electrodialyzers with bipolar membranes. Nauch. Zhurn. KubGAU. 2017. N 126 (02). P. 33-49 (in Russian). DOI: 10.21515/1990-4665-126-002.
Bykovsky N.A., Puchkova L.N., Fanakova N.N. Processing of ethylenediamine dihydrochloride in a non-flowing electrodialyzer with monopolar and bipolar membranes. Fundamental. Issled. 2018. N 1. P. 7-11 (in Russian).
Zabolotskiy V.I, Lebedev K.A, Vasilenko P.A, Kuzyakina M.V. Mathematical modeling of vortex structures during electroconvection in the channel of an electrodialyzer cell on model membranes with two conducting sections. Ekolog. Vestn. Nauch. Tsentrov ChES. 2019. V. 16. N 1. P. 73–82 (in Russian). DOI: 10.31429/vestnik-16-1-73-82.
Pismensky A.V., Belashova E.D., Urtenov M.A.Kh., Kovalenko A.V. Non-stationary 2D model of gravitational convection in electrodialysis of ampholyte-containing solutions. Nauch. Zhurn. KubGAU. 2016. N 123 (09). P. 1696-1710 (in Russian). DOI: 10.21515/1990-4665-123-116.
Yatsev A.M., Akberova E.M., Goleva E.A., Vasilieva V.I., Malykhin M.D. Diagnostics of changes in the surface microstructure and volume of the MK-40 sulfonic cation exchange membrane during electrodialysis of highly mineralized natural waters. Sorbts.Khromatograf. Protsessy. 2017.V. 17. N 2. P. 313-322 (in Russian). DOI: 10.17308/sorpchrom.2017.17/386.
Akberova E.M., Yatsev A.M., Goleva E.A., Vasilyeva V.I. Sedimentation on the MA-40 anion-exchange membrane during electro-dialysis of highly mineralized natural waters. Kondensir. Sredy Mezhfazn. Granitsy. 2017. V. 19. N 3. P. 452-463 (in Russian).
Darienko O.L. Improving the processes of cleaning gases from thermal power plants from sulfur dioxide using electrodialysis technology. Vestn. Donbass. Nats. Akad. Stroit. Arkhitekt. 2017. N 5 (127). P. 55-61 (in Russian).
Akberova E.M., Vasilyeva V.I., Smagin M.A., Kostylev D.V. Physicochemical and selective properties of hetero-geneous ion-exchange membranes MK-40 and MA-40 af-ter electrodialysis of natural waters. Sorbts.Khromatograf. Protsessy. 2019. V. 19. N 4. P. 434-442 (in Russian). DOI10.17308/sorpchrom.2019.19/781.
Tsygurina K.A., Rybalkina O.A., Melnikova E.D., Pismenskaya N.D. Total and partial current-voltage char-acteristics of anion-exchange membranes in NaCl and NaH2PO4 solutions. Kondensir. Sredy Mezhfazn. Granit-sy. 2017. V. 19. N 4. P. 585-595 (in Russian).
Vasilyeva V.I., Akberova E.M., Goleva E.A., Yatsev A.M., Tskhai A.A. Changes in the microstructure and performance characteristics of the MK-40 sulfonic cation exchange membrane during electrodialysis of natural waters. Poverkhnost’. Rentgen., Sinkhro-tron. Neytron. Issl. 2017. N 4. P. 49-56 (in Russian). DOI: 10.7868/S0207352817040199.
Golovashin V.L., Lazarev S.I., Lavrenchenko A.A. Study of kinetic coefficients of electro-ultrafiltration sep-aration of industrial solutions of biochemical industries. Vestn. Tambov. Gos. Un-ta. 2014. V. 20. N 1. P. 86-94 (in Russian).
Kovaleva O.A., Kovalev S.V. Separation of Molasses Distillery Slop on UFM-50®, UPM-50M®, OPMN-P®, and OFAM-K® Porous Membranes. Pet. Chem. 2017. V. 57. P. 542–551. DOI: 10.1134/S0965544117060044.
Vasilyeva V.I., Zhiltsova A.V., Akberova E.M., Fatae-va A.I. Influence of surface inhomogeneity on the cur-rent-voltage characteristics of heterogeneous ion-exchange membranes. Kondensir. Sredy Mezhfazn. Granitsy. 2014. V. 16. N 3. P. 257-261 (in Russian).
Kolzunova L.G. Baromembrane separation processes: tasks and problems. Vestn. DVO RAN. 2006. N 5. P. 65-76 (in Russian).
Ryabchikov B.E. Modern methods of water preparation for industrial and domestic use. M.: DeLi print. 2004. 328 p. (in Russian).