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. 369-379

О влиянии природы противоиона на свойства перфторсульфополимерных мембран с длинной и короткой боковой цепью

А. В. Паршина a, *, Е. Ю. Сафронова b, А. С. Ельникова a, Н. Стреттон b, О. В. Бобрешова a

a Воронежский государственный университет
394006 Воронеж, Университетская пл., 1, Россия

b Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук
119991 Москва, Ленинский просп., 31, Россия

* E-mail: parshina_ann@mail.ru

Поступила в редакцию 28.04.2023
После доработки 28.05.2023
Принята к публикации 07.06.2023

Аннотация

В работе представлены результаты исследования водопоглощения, ионной проводимости и потенциала Доннана в системах с перфторсульфополимерными мембранами в H+, Li+, Na+ и K+ ионных формах и растворами неорганических электролитов. Были изучены свойства коммерческих мембран Aquivion E87-05S и Nafion 212, а также мембран, полученных из дисперсий Nafion 212 в растворителях различной природы (N,N-диметилформамиде, 1-метил-2-пирролидоне, смеси изопропилового спирта с водой в объемном соотношении 80–20). Установлено влияние количества функциональных групп, длины боковой цепи макромолекул полимера и морфологии полимера в мембранах на их равновесные и транспортные свойства, в зависимости от природы противоиона. Обсуждено действие релаксационного и электрофоретического факторов на перенос ионов щелочных металлов через систему пор и каналов перфторсульфополимерных мембран. Угол наклона концентрационных зависимостей потенциала Доннана для всех высокогидратированных мембран в H+ форме был близок к нернстовскому, тогда как селективность к ионам щелочных металлов возрастала для мембран с наибольшей ионообменной емкостью или наименьшими количеством сорбированной воды и диффузионной проницаемостью, вследствие исключения коионов из фазы мембраны.

Ключевые слова: перфторсульфополимер, Nafion, Aquivion, ионная проводимость, потенциал Доннана

Список литературы

  1. Алентьев А.Ю., Волков А.В., Воротынцев И.В., Максимов А.Л., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. № 5. Т. 11. С. 283. https://doi.org/10.1134/S2517751621050024

  2. Kusoglu A., Weber A.Z. // Chem. Rev. 2017. V. 117. № 3. P. 987. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00159

  3. Yandrasits M.A., Lindell M.J., Hamrock S.J. // Curr. Opin. Electrochem. 2019. V. 18. P. 90. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2019.10.012

  4. Makhsoos A., Kandidayeni M., Pollet B.G., Boulon L. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 41. P. 15341. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.01.048

  5. Maiti T.K., Singh J., Dixit P., Majhi J., Bhushan S., Bandyopadhyay A., Chattopadhyay S. // Chemical Engineering Journal Advances. 2022. V. 12. P. 100372. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2022.100372

  6. Falina I., Loza N., Loza S., Titskaya E., Romanyuk N. // Membranes. 2021. V. 11. № 3. P. 227. https://doi.org/10.3390/membranes11030227

  7. Voropaeva D.Yu., Safronova E.Yu., Novikova S.A., Yaroslavtsev A.B. // Mendeleev Commun. 2022. V. 32. № 3. P. 287. https://doi.org/10.1016/J.MENCOM.2022.05.001

  8. Воропаева Д.Ю., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 4. С. 315. https://doi.org/10.1134/S2517751622040102

  9. Parasuraman A., Lim T.M., Menictas C., Skyllas-Kazacos M. // Electrochim. Acta. 2013. V. 101. P. 27. https://doi.org/10.1016/J.ELECTACTA.2012.09.067

  10. Noh H.B., Won M.S., Shim Y.B. // Biosensors and Bioelectronics. 2014. V. 61. P. 554. https://doi.org/10.1016/J.BIOS.2014.06.002

  11. Yu L., Zhang Q., Yang B., Xu Q., Xu Q., Hu X. // Sens. Actuators B Chem. 2018. V. 259. P. 540. https://doi.org/10.1016/J.SNB.2017.12.103

  12. Maciak E. // Sensors. 2019. V. 19. № 3. P. 629. https://doi.org/10.3390/s19030629

  13. Прихно И.А., Сафронова Е.Ю., Стенина И.А., Юрова П.А., Ярославцев А.Б. // Мембраны и Мембранные Технологии. 2020. Т. 10. № 4. С. 273. https://doi.org/10.1134/S2517751620040095

  14. Zhang G., Yang G., Shen Q., Li S., Li Z., Liao J., Jiang Z., Wang H., Zhang H., Ye W. // J. Power Sources. 2022. V. 542. P. 231740. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.231740

  15. Okada T., Møller-Holst S., Gorseth O., Kjelstrup S. // J. Electroanal. Chem. 1998. V. 442. № 1–2. P. 137. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(97)00499-3

  16. Tai C.C., Chen C.L., Liu C.W. // Int. J. Hydrog. Energy. 2017. V. 42. № 7. P. 3981. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.11.047

  17. Yan W.M. Chu H.S., Liu Y.L., Chen F., Jang J.H. // Int. J. Hydrog. Energy. 2011. V. 36. № 9. P. 5435. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.01.158

  18. Апель П.Ю., Велизаров С., Волков А.В., Елисеева Т.В., Никоненко В.В., Паршина А.В., Письменская Н.Д., Попов К.И., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 2. С. 81.

  19. Vijayakumar M., Bhuvaneswari M.S., Nachimuthu P., Schwenzer B., Kim S., Yang Z., Liu Z., Graff G.L., Thevuthasan S., Hu J. // J. Membr. Sci. 2011. V. 366. № 1–2. P. 325. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2010.10.018

  20. Vijayakumar M., Burton S.D., Huang C., Li L., Yang Z., Graff G.L., Liu J., Hu J., Skyllas-Kazacos M. // J. Power Sources. 2010. V. 95. № 22. P. 709. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.05.008

  21. Crothers A.R., Radke C.J., Weber A.Z. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. № 51. P. 28262. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b07360

  22. Mabuchi T., Tokumasu T. // J. Phys. Chem. B. 2018. V. 122. № 22. P. 5922. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b02318

  23. Shi S., Weber A.Z., Kusoglu A. // Electrochim Acta. 2016. V. 220. № 517. https://doi.org/10.1016/J.ELECTACTA.2016.10.096

  24. Wu L., Luo T., Yang X., Zhao H., Wang X., Zhang Z. // Sep. Purif.Technol. 2023. V. 316. P. 123816. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.123816

  25. Le X.T. // J. Membr. Sci. 2012. V. 397–398. P. 66. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2012.01.011

  26. Curtin D.E., Lousenberg R.D., Henry T.J., Tangeman P.C., Tisack M.E. // J. Power Sources. 2004. V. 131. P. 41. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0378775304000175

  27. Паршина А.В., Рыжкова Е.А., Сафронова Е.Ю., Сафронов Д.В., Лысова А.А., Бобрешова О.В., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2015. Т. 5. № 4. С. 304. https://doi.org/10.1134/S0965544115100175

  28. Subianto S., Pica M., Casciola M., Cojocaru P., Merlo L., Hards G., Jones D.J. // J. Power Sources. 2013. V. 233. P. 216. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.12.121

  29. Yue M., Jemei S., Zerhouni N., Gouriveau R. // Renew. Energ. 2021 V. 179. P. 2277. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.08.045

  30. Moore R.B., Martin C.R. // Anal. Chem. 1986. V. 58. P. 2569. https://doi.org/10.1021/ac00125a046

  31. Welch C., Labouriau A., Hjelm R., Orler B., Johnston C., Kim Y.S. // ACS Macro Lett. 2012. V. 1. P. 1403. https://doi.org/10.1021/mz3005204

  32. Loppinet B., Gebel G., Williams C.E. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. P. 1884. https://doi.org/10.1021/jp9623047

  33. Berlinger S.A., Dudenas P.J., Bird A., Chen X., Freychet G., McCloskey B.D., Kusoglu A., Weber A.Z. // ACS Appl. Polym. Mater. 2020. V.2. P. 5824. https://doi.org/10.1021/acsapm.0c01076

  34. Collette F.M., Thominette F., Mendil-Jakani H., Gebel G. // J. Memb. Sci. 2013. V. 435. P. 242. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.02.002

  35. Tarokh A., Karan K., Ponnurangam S., Atomistic M.D. // Macromolecules. 2020. V. 53. № 1. P.288. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b01663

  36. Lin H.-L., Yu T.L., Huang C.-H., Lin T.-L. // J. Polym. Sci. B Polym. Phys. 2005. V. 43. P. 3044. https://doi.org/10.1002/polb.20599

  37. Kim Y.S., Welch C.F., Hjelm R.P, Mack N.H., Labouriau A., Orler E.B. // Macromolecules. 2015. V. 48. P. 2161. https://doi.org/10.1021/ma502538k

  38. Safronova E.Yu., Voropaeva D.Yu., Safronov D.V., Stretton N., Parshina A.V., Yaroslavtsev A.B. // Membranes. 2023. V. 13. № 1. P. 13. https://doi.org/10.3390/MEMBRANES13010013

  39. Skulimowska A., Dupont M., Zaton M., Sunde S., Merlo L., Jones D.J., Rozière J. // Int. J. Hydrogen energy. 2014. V. 39. P. 6307. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.02.082

  40. Parshina A., Kolganova T., Safronova E., Osipov A., Lapshina E., Yelnikova A., Bobreshova O., Yaroslavtsev A. // Membranes. 2019. V. 9. № 11. P. 142. https://doi.org/10.3390/membranes9110142

  41. Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. // Membranes. 2021. V. 11. № 3. P. 198. https://doi.org/10.3390/membranes11030198

  42. Стенина И.А., Ярославцев А.Б. // Неорганические материалы. 2017. Т. 53. № 3. С. 241. https://doi.org/10.1134/S0020168517030104

  43. Suresh G., Scindia Y., Pandey A., Goswami A. // J. Memb. Sci. 2005. V. 250. № 1–2. P. 39. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.10.013

  44. Agmon N. // Chem. Phys. Lett. 1995. V. 244. № 5–6. P. 456. https://doi.org/10.1016/0009-2614(95)00905-J

  45. Legras M., Hirata Y., Nguyen Q.T., Langevin D., Métayer M. // 2002. V. 147. № 1–3. P. 351. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(02)00608-2

  46. Сафронова Е.Ю., Осипов А.К., Ярославцев А.Б. // Мембраны и Мембранные Технологии. 2018. Т. 8. № 1. С. 34. (Safronova E.Yu., Osipov A.K., Yaroslavtsev A.B. // Pet Chem. 2018 V. 58. № 2. P. 130.) https://doi.org/10.1134/S0965544118020044

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