1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Мембраны и мембранные технологии
  4. T. 13, № 4, 2023

Мембраны и мембранные технологии, 2023, T. 13, № 4, стр. 269-290

Электродиализное разделение и селективное концентрирование серной кислоты и сульфата никеля с мембранами, модифицированными полианилином

С. А. Лоза a, Н. А. Романюк a, И. В. Фалина a, Н. В. Лоза a, *

a Кубанский государственный университет
350040 Краснодар, ул. Ставропольская, 149, Россия

* E-mail: nata_loza@mail.ru

Поступила в редакцию 15.03.2023
После доработки 28.03.2023
Принята к публикации 07.04.2023

Аннотация

На основе промышленных катионообменных гетерогенных мембран МК-40 и гомогенных мембран МФ-4СК в условиях электродиализа получены поверхностно модифицированные катионообменные материалы методом окислительной полимеризации анилина in situ. Изучены проводящие и диффузионные характеристики исходных и модифицированных мембран в растворах серной кислоты и сульфата никеля. Показано, что модифицирование мембран полианилином приводит к снижению их удельной электропроводности и диффузионной проницаемости при сохранении высокой селективности. Диффузионная проницаемость катионообменных мембран выше в растворах сульфата никеля по сравнению с растворами серной кислоты, тогда как для анионообменных мембран обнаружена обратная зависимость. Изучен конкурентный перенос серной кислоты и сульфата никеля при электродиализном разделении и концентрировании их смеси с использованием коммерческих и модифицированных катионообменных мембран в паре с анионообменной мембранной МА-41. Показано, что нанесение слоя полианилина с положительно заряженными группами на одну из поверхностей катионообменных мембран МК-40 или МФ-4СК приводит к уменьшению переноса двухзарядного катиона никеля во всем диапазоне плотностей тока как в режиме разделения, так и концентрирования. При этом наибольший барьерный эффект наблюдается при использовании гомогенных модифицированных мембран, где коэффициент избирательной проницаемости P(H2SO4/NiSO4) увеличивается с 0.7–1.7 до 32.5–19.7 в зависимости от плотности тока. Установлено, что использование катионообменных мембран, поверхностно модифицированных полианилином, позволяет сконцентрировать раствор, содержащий 0.1 моль-экв/л (4.9 г/л) Н2SO4 и 0.1 моль-экв/л (7.7 г/л) NiSO4, с одновременным разделением на серную кислоту с концентрацией около 2.4 моль-экв/л (120 г/л) и раствор сульфата никеля. Содержание сульфата никеля в концентрате при этом не превышает 0.13 моль-экв/л (10 г/л).

Ключевые слова: ионообменная мембрана, полианилин, модифицирование, электродиализ, концентрирование, диффузионная проницаемость, удельная электропроводность, селективность, числа переноса

Список литературы

  1. Под ред. Петрова Е.И., Тетеньки Д.Д. О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов российской федерации в 2020 году: государственный доклад // М.: ФГБУ “ВИМС”. 2021. С. 572. https://www.rosnedra.gov.ru/data/Files/File/7992.pdf. Дата обращения: 05.03.2023.

  2. Abidli A., Huang Y., Ben Rejeb Z. et al. // Chemosphere. 2022. V. 292. № 133102.

  3. Rajoria S., Vashishtha M., Sangal V.K. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2022. V. 29. P. 72196.

  4. Rawat A., Srivastava A., Bhatnagar A., Gupta A.K. // J. Cleaner Production. 2023. V. 383. № 135382.

  5. Yu X., Hou Y., Ren X. et al. // J. Water Proc. Engin. 2022. V. 46. № 102577.

  6. Li S., Dai M., Ali I. et al. // Process Safety and Environmental Protection. 2023. V. 172. P. 417.

  7. Li C., Dai G., Liu R. et al. // Sep. Purif. Tech. 2023. V. 306. № 122 559.

  8. Cassayre L., Guzhov B., Zielinski M., Biscans B. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. V. 170. № 112 983.

  9. Yan K., Huang P., Xia M. et al. // Sep. Purif. Tech. 2022. V. 295. № 121 283.

  10. Shaposhnik V.A., Kesore K. // J. Memb. Sci. 1997. V. 136. P. 35.

  11. Xu T. // J. Memb. Sci. 2005. V. 263. P. 1.

  12. Campione A., Gurreri L., Ciofalo M. et al. // Desalination. 2018. V. 434. P. 121.

  13. Benvenuti T., Rodrigues M.A.S., Bernardes A.M., Zoppas-Ferreira J. // J. Cleaner Production. 2017. V. 155. P.130.

  14. Melnikov S., Sheldeshov N., Zabolotsky V. et al. // Sep. Purif. Tech. 2017. V. 189. P. 74.

  15. Achoh A., Petriev I., Melnikov S. // Membranes. 2021. V. 11. № 980.

  16. Sedighi M., Usefi M.M.B., Ismail A.F., Ghasemi M. // Desalination. 2023. V. 549. № 116319.

  17. Reig M., Valderrama C., Gibert O., Cortina J.L. // Desalination. 2016. V. 399. P. 88.

  18. Ahmad M., Ahmed M., Hussain S. et al. // Desalination. 2023. V. 545. № 116159.

  19. Golubenko D.V., Manin A.D., Wang Y., Xu T., Yaroslavtsev A.B. // Desalination. 2022. V. 531. № 115719.

  20. Zhang S., Wang S., Guo Z. et al. // Sep. Purif. Tech. 2022. V. 300. № 121926.

  21. Wang W., Hong G., Zhang Y. et al. // J. Memb. Sci. 2023. V. 675. № 121534.

  22. Yan J., Wang H., Yan H. et al. // Desalination. 2023. V. 554. № 116513.

  23. Stenina I.A., Yurova P.A., Novak L. et al. // Colloid. Polym. Sci. 2021. V. 299. P. 719–728.

  24. Stenina I., Yurova P., Achoh A. et al. // Polymers (Basel). 2023. V. 15. № 647.

  25. Zhang W., Miao M., Pan J. // Desalination. 2017. V. 411. P. 28.

  26. Zabolotsky V.I., Achoh A.R., Lebedev K.A., Melnikov S.S. // J. Memb. Sci. 2020. V. 608. № 118152.

  27. Гребенюк В.Д., Вейсов Б.К., Чеботарева Р.Д. и др. // Журн. прикл. химии. 1986. Т. 59. С. 916.

  28. Gnusin N.P., Demina O.A. // Theor. Found. Chem. Eng. 2006. V. 40. P. 27.

  29. Заболоцкий В.И., Демин А.В., Демина О.А. // Электрохимия. 2011. Т. 47. С. 349.

  30. Заболоцкий В.И., Протасов К.В., Шарафан М.В. // Электрохимия. 2011. Т. 46. С. 1044.

  31. Заболоцкий В.И., Письменский В.Ф., Демина О.А., Новак Л. // Электрохимия. 2013. Т. 49. С. 633.

  32. Melnikov S.S., Mugtamov O.A., Zabolotsky V.I. // Sep. Purif. Technol. 2020. V. 235. № 116198.

  33. Демин А.В., Заболоцкий В.И. // Электрохимия. 2008. Т. 44. С. 1140.

  34. Назырова Е.В., Кононенко Н.А., Шкирская С.А., Демина О.А. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. С. 165.

  35. Berezina N., Gnusin N., Dyomina O., Timofeyev S. // J. Memb. Sci. 1994. V. 86. P. 207.

  36. Yeager H.L., O’Dell B., Twardowski Z. // J. Electrochem. Soc. 1982. V. 129. P. 85.

  37. Заболоцкий В.И., Шудренко А.А., Гнусин Н.П. // Электрохимия. 1988. Т. 24. С. 744.

  38. Березина Н.П., Шкирская С.А., Колечко М.В. и др. // Электрохимия. 2011. Т. 47. С. 1066.

  39. Протасов К.В., Шкирская С.А., Березина Н.П., Заболоцкий В.И. // Электрохимия. 2010. Т. 46. С. 1209.

  40. Котов В.В., Шапошник В.А. // Коллоидный журн. 1984. Т. 46. № 6. С. 1116.

  41. Luo T., Abdu S., Wessling M. // J. Membr. Sci. 2018. V. 555. P. 429.

  42. Falina I., Loza N., Loza S. et al. // Membranes. 2021. V. 11. № 227.

  43. Sata T., Sata T., Yang W. // J. Memb. Sci. 2002. V. 206. P. 31.

  44. Farrokhzad H., Darvishmanesh S., Genduso G. et al. // Electrochim. Acta. 2015. V. 158. P. 64.

  45. Kumar M., Khan M.A., Alothman A Z., Siddiqui M.R. // Desalination. 2013. V. 325. P. 95.

  46. Reig M., Farrokhzad H., Van der Bruggen B. et al. // Desalination. 2015. V. 375. P. 1.

  47. Лоза Н.В., Лоза С.А., Кононенко Н.А. Пат. РФ № 2566415, заявл. 18.07.2014: опубл. 27.10.2015.

  48. Andreeva M., Loza N., Kutenko N., Kononenko N. // J. Solid State Electrochem. 2020. V. 24. P. 101.

  49. Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P. // Adv. Colloid Interface Sci. 2008. V. 139. P. 3.

  50. Zabolotsky V.I., Pismenskaya N.D., Laktionov E.V., Nikonenko V.V. // Desalination. 1996. V. 107. P. 245.

  51. Заболоцкий В.И., Мельников С.С., Демина О.А. // Электрохимия. 2014. Т. 50.

  52. Andreeva M.A., Loza N.V., Pis’menskaya N.D. et al. // Membranes. 2020. V. 10. № 145.

  53. Li F., Jia Y., He J., Wang M. // J. Cleaner Production. 2021. V. 320. № 128760.

  54. Lorrain Y., Pourcelly G., Gavach C. // J. Memb. Sci. 1996. V. 110. P. 181.

  55. Liu M., Wang J., Liu J. et al. // Polymer. 2023. V. 268. № 125721.

  56. Гнусин Н.П., Березина Н.П., Кононенко Н.А. и др. // Журн. физической химии. 2009. Т. 83. С. 122.

  57. Демина О.А., Кононенко Н.А., Фалина И.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2014. Т. 4. С. 83.

  58. Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах. М: Наука, 1996. 392 с.

  59. Шкирская С.А., Сенчихин И.Н., Кононенко Н.А., Ролдугин В.И. // Электрохимия. 2017. Т. 53. С. 89.

  60. Лоза Н.В., Долгополов С.В., Кононенко Н.А., Андреева М.А., Коршикова Ю.С. // Электрохимия. 2015. Т. 51. С. 615.

  61. Andreeva M.A., Loza N.V., Pis’menskaya N.D., Dammak L., Larchet C. // Membranes. 2020. V. 10. 145.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Мембраны и мембранные технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал