1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Мембраны и мембранные технологии
  4. T. 13, № 5, 2023

Мембраны и мембранные технологии, 2023, T. 13, № 5, стр. 423-432

Оценка влияния электроосмоса на эффективность электробаромембранного разделения с использованием трековых мембран

Д. Ю. Бутыльский a, С. А. Мареев a, И. И. Рыжков b, c, М. Х. Уртенов a, П. Ю. Апель d, В. В. Никоненко a, *

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

b Институт вычислительного моделирования СО РАН
660036 Красноярск, Академгородок, 50-44, Россия

c Сибирский федеральный университет
660041 Красноярск, Свободный пр., 79, Россия

d Объединенный институт ядерных исследований
141980 Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6, Россия

* E-mail: v_nikonenko@mail.ru

Поступила в редакцию 12.05.2023
После доработки 28.05.2023
Принята к публикации 07.06.2023

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.

Ключевые слова: электробаромембранный метод, высокоселективное разделение, разделение ионов, электроосмос, нанофильтрационная мембрана, трековая мембрана

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 материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Мембраны и мембранные технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал