Rate Constants of Limiting Stages of Water Molecules Dissociation Reaction in Heterogeneous Bipolar Membranes Containing Catalyst Particles

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

A method for calculating the rate constants of the limiting stages of the water molecules dissociation reaction in generating contacts of heterogeneous bipolar membranes (BPM) containing catalytic additive particles is developed. The method is based on using the equation of the current-voltage characteristic of the bipolar region of a heterogeneous BPM containing generating contacts of two types. For the case when the catalytic additive is a cation exchanger (CE), one of the contacts is formed by CE particles and anion exchanger (AE) particles contained in the BPM layers, and the other by catalytic additive particles and AE particles contained in the BPM layers. The series of the rate constants of the limiting stages of the water molecule dissociation reactions in the studied membranes is consistent with the catalytic activity series, the constants of which are calculated based on the proton transfer reactions between water molecules and ionogenic groups contained in the BPM layers.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

N. Kovalev

Transneft-Terminal JSC

Email: sheld_nv@mail.ru
Ресей, Novorossiysk, 37, Lenin Ave., 353913

I. Averyanov

Kuban State University

Email: sheld_nv@mail.ru
Ресей, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

T. Karpenko

Kuban State University

Email: sheld_nv@mail.ru
Ресей, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

N. Sheldeshov

Kuban State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: sheld_nv@mail.ru
Ресей, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

V. Zabolotsky

Kuban State University

Email: sheld_nv@mail.ru
Ресей, Krasnodar, 149, Stavropolskaya St., 350040

Әдебиет тізімі

  1. Wu Sh., Fu R., Yan J., Wang H., Wang B., Wang Y., Tongwen Xu. // Chem. Eng. J. 2024. Vol. 490. Article 151610.
  2. Fu R., Wang H., Yan J., Li R., Wang B., Jiang Ch., Wang Y., Xu T. // Chem. Eng. J. Sci. 2023. Article 118523.
  3. Chen T., Bi J., Ji Zh., Yuan J., Zhao Y. // Water Res. 2022. Vol. 226. Article 119274.
  4. Herrero-Gonzalez M., Diaz-Guridi P., Dominguez-Ramos A., Irabien A., & Ibañez R. // Sep. Purif. Technol. 2020. Vol. 242. Article 116785.
  5. Tanaka Y. Ed., Ion exchange membranes, Fundamentals and Applications, second Ed., Elsevier Science, 2015. 531 p.
  6. Huang C., Xu T., Zhang Y., Xue Y., Chen G. // J. Membr. Sci. 2007. Vol. 288. P. 1–12.
  7. Пурселли Ж. // Электрохимия. 2002. Т. 38. С. 1026–1033. (англоязычная версия: Pourcelly G. // Russ. J. Electrochem. 2002. Vol. 38. P. 919–926.)
  8. Kemperman A.J.B. Ed., Handbook on Bipolar Membrane Technology, Twente University Press, Enschede. 2000.
  9. Grabowski A., Zhang G., Strathmann H., Eigenberger G. // Sep. Purif. Techn. 2008. Vol. 60. P. 86–95.
  10. Заболоцкий В.И., Утин С.В., Лебедев К.А., Василенко П.А., Шельдешов Н.В. // Электрохимия. 2012. Т. 48. №. 7. С. 842. (англоязычная версия: Zabolotskii V.I., Utin S.V., Lebedev K.A., Vasilenko P.A., Shel’deshov N.V. // Russ. J. Electrochem. 2012. Vol. 48. P. 767–772.)
  11. Егоров Е.Н., Свитцов А.А., Дудник С.Н., Демкин В.И. // Мембраны и мембранные технологии. 2012. Т. 2. С. 198–208. (англоязычная версия: Egorov E.N., Svittsov A.A., Dudnik S.N., Demkin V.I. // Membranes and membrane technologies. 1988. Vol. 57. P. 198–208. (in Russian))
  12. Свитцов А.А., Салтыков Б.В. // Тез. док. Международной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения академика Б.А. Пурина, Москва: РХТУ им. Д. И. Менделеева. 2018. С. 111. (англоязычная версия: Svittsov A.A., Saltykov B.V. // In: Conference Proceedings of International conference dedicated to the 90th anniversary of the birth of academician B.A. Purina, Moscow: RKhTU im. D. I. Mendeleev. 2018. P. 111. (in Russian))
  13. Limited Liability Company United Chemical Company “SHCHEKINOAZOT”; http://n-azot.ru/product/heterogeneous-ion-exchange-membranes? lang=EN.
  14. Гребень В.П., Пивоваров Н.Я., Коварский Н.Я., Косякова И.Г., Гнусин Н.П., Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Нефедова Г.З. и Фрейдлин Ю.Г. Пат. СССР № 745193 // Бюл. изобр. 1980. № 14. (Greben V.P., Pivovarov N.Ya., Kovarsky N.Ya., Kosyakova I.G., Gnusin N.P., Zabolotsky V.I., Sheldeshov N.V., Nefedova G.Z. and Freidlin Yu.G. Pat. SU № 745193 // Byull. Izobret. 1980. № 14. (in Russian))
  15. Simons R.A. // J. Membr. Sci. 1993. Vol. 82. P. 65.
  16. Kang M.S. // Korean J. Chem. Eng. 2002. Vol. 19. P. 99.
  17. Мельников С.С., Шаповалова О.В., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. // Мембраны и мембранные технологии. 2011. Т. 1. № 2. С. 149. (англоязычная версия: Melnikov S.S., Shapovalova O.V., Sheldeshov N.V., Zabolotskii V.I. // Petr. Chem. 2011. Vol. 51. P. 577.)
  18. Wang Q., Wu B., Jiang C., Wang Y., Xu T. // J. Membr. Sci. 2017. Vol. 524. P. 370.
  19. Sheldeshov N.V., Zabolotsky V.I., Kovalev N.V., Karpenko T.V. // Sep. Purif. Technol. 2020. Vol. 241. article 116648.
  20. Гребень В.П., Пивоваров Н.Я., Коварский Н.Я., Нефедова Г.З. // Журн. физич. химии. 1978. Т. 52. № 10. С. 2641–2645. (англоязычная версия: Greben’ V.P., Pivovarov N.Ya., Kovarsky N.Ya., Nefedova G.Z. // Zh. Fiz. Khim. 1978. Vol. 52. P. 2641–2645. (in Russian))
  21. Simons R. // Nature. 1979. Vol. 280. P. 824–826.
  22. Simons R. // Electrochim. Acta. 1984. Vol. 29. P. 151–158.
  23. Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И., Письменская Н.Д., Гнусин Н.П. // Электрохимия. 1986. Т. 22. № 6. С.791–795. (англоязычная версия: Sheldeshov N.V.; Zabolotskii V.I.; Pismenskaya N.D.; Gnusin N.P. // Sov. Electrochem. 1986. Vol. 22. P. 742–746.)
  24. Тимашев С.Ф., Кирганова Е.В. // Электрохимия. 1981. Т. 17. № 3. С. 440. (англоязычная версия: Timashev S.F., Kirganova E.V. // Sov. Electrochem. 1981. Vol. 17. P. 366.)
  25. Кирганова Е.В. Тимашев С.Ф., Попков Ю.М. // Электрохимия. 1983. Т. 19. № 7. С. 978. (англоязычная версия: Kirganova E.V., Timashev S.F., Popkov Y.M. // Sov. Electrochem. 1983. Vol. 19. № 7. P. 876.)
  26. Тимашев С.Ф. // Докл. АН СССР. 1985. Т. 285. С. 1419–1423. (англоязычная версия: Timashev S.F. // Dokl. Academy of Sciences of the USSR. 1985. Vol. 285. P. 1419–1423. (in Russian))
  27. Умнов В.В., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. Вольтамперная характеристика области пространственного заряда биполярной мембраны // Электрохимия. 1999. Т. 35. № 8. С. 982–990. (англоязычная версия: Umnov V.V., Shel’deshov N.V., Zabolotskii V.I. Current–voltage curve for the space charge region of a bipolar membrane // Russ. J. Electrochem. 1999. Vol. 35. P. 871–878.)
  28. Faqeeh A.H, Symes M.D. // Electrochim. Acta. 2024. Vol. 493. Article 144345.
  29. Oener S. Z., Foster M. J., & Boettcher S. W. // Science. 2020. Vol. 369(6507). P. 1099–1103.
  30. Liu X., Liang J., Song X., Yang H., Li X., Dai H., Song Y., Liu Y., Hu J., Pan X., OuYang X., Liang Z. // Chem. Eng. J. 2018. Vol. 337. P. 560–566.
  31. Пивоваров Н.Я., Голиков А.П., Гребень В.П. // Электрохимия. 1997. Т. 33 № 5. С. 582–589. (англоязычная версия: Pivovarov N.Ya., Golikov A.P., Greben’ V.P. // Russ. J. Electrochem. 2001. Vol. 37. P. 808–818.)
  32. Ковалев Н.В., Карпенко Т.В., Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. С. 263–278. (англоязычная версия: Kovalev N.V., Karpenko T.V., Sheldeshov N.V. and Zabolotsky V.I. Membranes and Membrane Technologies. 2021. Vol. 3. P. 231–244.)
  33. Нефедова Г.З., Климова З.Г., Сапожникова Г.С. Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки: каталог. М.: НИИТЭХИМ, 1977. (англоязычная версия: Nefedova G.Z., Klimova Z.G., Sapozhnikova G.S. Ionite membranes. Granulates. Powders: catalogue. M.: NIITEKHIM, 1977. (in Russian)).
  34. ООО Объединенная химическая компания “Щекиноазот”; http://n-azot.ru/product/geterogennye-ionoobmennye-membrany?lang=RU
  35. MEGA Group; RALEX® electro separation membranes. Bipolar membranes RALEX® BM: roll/sheet/EDBM; https://www.mega.cz/membranes/
  36. ГОСТ 20298-74 Ионообменные смолы. Катиониты. М.: Издательство стандартов. 1991. С. 8. (англоязычная версия: GOST 20298-74 Ion-exchange resins. Cationites. Technical conditions (with Changes N 1-5). 1976. P. 8.)
  37. ГОСТ 20301-74 Ионообменные смолы. Аниониты. М.: Издательство стандартов. 1991. С. 9, 13. (англоязычная версия: GOST 20301-74 Ion-exchange resins. Anionites. Technical conditions (with Changes N 1-5). 1976. Pp. 9, 13.
  38. Семушин A.M., Яковлев В.A., Иванова Е.В. Инфракрасные спектры поглощения ионообменных материалов: справочное пособие. Л.: Химия, 1980. 96 с. (англоязычная версия: Semushin A.M., Yakovlev V.A., Ivanova E.V. Infrared absorption spectra of ion-exchange materials: a reference guide. L.: Khimia, 1980. 96 p.)
  39. Васильева В.И., Письменская Н.Д., Акберова Э.М., Небавская К.А. / Журнал физической химии. 2014. Т. 88. № 7–8. С. 1114–1120. (англоязычная версия: Vasil’Eva V.I., Akberova E.M., Pismenskaya N.D., Nebavskaya K.A. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2014. Vol. 88. P. 1293-1299.)
  40. Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Гнусин Н.П. // Успехи химии. 1988. Т. 57. № 8. С. 801. (англоязычная версия: Zabolockij V.I., Shel’deshov N.V., Gnusin N.P. // Uspekhi Himii. 1988. Vol. 57. P. 801. (in Russian)).
  41. Гребень В. П., Коварский Н.Я. // Журнал физической химии. 1978. Т. 52. № 9. С. 2304–2307. (англоязычная версия: Greben V.P., Kovarsky N.Ya. // Russ. J. Phys. Chem. 1978. Vol. 52. P. 2304–2307. (in Russian))

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Structural model of the bipolar region (a) of heterogeneous BPM containing a catalytic additive (is a cation exchanger) and types of contacts (b) formed in the bipolar region. 1 - contact of particles of cation exchanger and anion exchanger (generating contact of the first type); 2 - contact of particles of catalytic additive and anion exchanger (generating contact of the second type); 3 - contact of particles of catalytic additive and cation exchanger; 4 - contact of particles of catalytic additive.

Жүктеу (279KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Frequency spectra of electrochemical impedance of bipolar membranes MB-1, aMB-2 and MBm at a DC density of 0.88 A/dm2 and a temperature of 25°C in the system 0.1 M HNO3 | 0.1 M NaOH; membrane MB-3 at a DC density of 0. 88 A/dm2 and temperature 4°C in a 0.01 mol-eq/L H2SO4 | 0.01 mol-eq/L NaOH system; MB-2 membranes at a DC density of 0.66 A/dm2 and temperature 25°C in a 0.01 mol-eq/L H2SO4 | | 0.01 mol-eq/L NaOH system.

Жүктеу (111KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Bipolar resistance dependence of the studied heterogeneous bipolar membranes MB-1, aMB-2 and MBm at 25°C in the system 0.1 M HNO3 | 0.1 M NaOH; membrane MB-3 at 4°C in the system 0.01 mol-eq/l H2SO4 | 0. 01 mol-eq/l NaOH; MB-2 membranes at 25°C in the system 0.01 mol-eq/l H2SO4 | 0.01 mol-eq/l NaOH from current density (a) and partial overvoltage voltammetric characteristics of the bipolar region of bipolar membranes (b).

Жүктеу (151KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Dependence of κhet of the bipolar region of BPM on the mass of the catalytic additive introduced into the membrane and overvoltage of the bipolar region. Dots - experimental values; line - calculation by equation (12), at m* = 0.12.

Жүктеу (81KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024