Влияние pH питающего раствора на эффективность электродиализного извлечения тартратов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ресурсосберегающий и экологически целесообразный электродиализ (ЭД) находит все большее применение для разделения и очистки органических кислот, в том числе для извлечения их анионов из вин, соков и продуктов биохимической переработки отходов. В данном исследовании транспорт тартратов через анионообменную мембрануCJMA-3 изучен с помощью вольтамперометрии, хронопотенциометрии и экспериментов по ЭД. Показано, что при использовании раствора NaxH(2–x)Tc pH 9.0, который содержит только двухзарядные тартрат-анионы T2–, закономерности переноса не отличаются от хорошо известных для сильных электролитов. Если раствор имеет pH 2.5 или 3.0, он содержит смесь молекул кислоты H2T и однозарядных анионов HT–. Попадая в мембрану, часть анионов HT– диссоциирует. Протоны исключаются в обедненный раствор благодаря эффекту Доннана, а образовавшиеся двухзарядные анионы T2– переносятся через CJMA-3. Снижение концентрации HT– в примембранном обедненном растворе стимулирует необратимую диссоциацию H2T. Под действием электрического поля протоны удаляются из зоны реакции и движутся в раствор, а анионы – в мембрану. Поэтому перенос тартратов через анионообменную мембрану осуществляется даже в том случае, если питающий раствор в основном содержит молекулы кислоты. Реализация этих механизмов вызывает многократное превышение эмпирическими предельными токами значений теоретических предельных токов. Энергозатраты на извлечение 20% тартратов из 0.022 M раствора NaxH(2–x)T равны 0.22 (pH 9.0), 0.32 (pH 3.0) и 0.57(pH 2.5) кВт ч/кг. Длительность ЭД в этом случае увеличивается в ряду: pH 3.0 << pH 9.0 < pH 2.5.

Об авторах

О. А. Юрченко

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: olesia93rus@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар

К. В. Солонченко

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: olesia93rus@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар

Н. Д. Письменская

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: olesia93rus@mail.ru
Россия, 350040, Краснодар

Список литературы

  1. Kim N., Jeon J., Chen R., Su X. Chem. Eng. Res. Des., 178, 267–288 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.12.009
  2. Igliński B., Kiełkowska U., Piechota G. Clean. Technol. Environ. Policy, 24 (7), 2061–2079 (2022). https://doi.org/10.1007/s10098-022-02316-y
  3. Zhang Y., Pinoy L., Meesschaert B., Van der Bruggen B., AIChE J. 57 (8), 2070 – 2078 (2011). https://doi.org/10.1002/aic.12433
  4. He J.-C., Jia Y.-X., Yan R., Wang M. J. Membr. Sci., 638, 119683 (2021). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119683
  5. Wang Q., Chen G.Q., Lin L., Li X., Kentish S.E. Sep. Purif. Technol., 279, 119739 (2021). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119739
  6. RózsenberszkiT. , Komáromy P., Hülber-Beyer É., Pesti A., Koók L., Bakonyi P., Bélafi-Bakó K., Nemestóthy N. Chem. Eng. Res. Des., 190, 187–197 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.12.023
  7. Liu Y., Sun Y., Peng Z. Desalination, 537, 115866 (2022). https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.115866
  8. Luo Y., Liu Y., Shen J., Van der Bruggen B. Membranes, 12 (9), (2022). https://doi.org/10.3390/membranes12090829
  9. Jeremias J.S.D., Lin J.-Y., Dalida M.L.P., LuM.-C. J. Environ. Chem. Eng., 11 (2), 109336 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.109336
  10. Silva A.F.R., Ribeiro L.A. M.C.S Amaral, Sep. Purif. Technol., 311, 123295 (2023). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.123295
  11. Vecino X., Reig M., Gibert O., Valderrama C., Cortina J.L. ACS Sustain. Chem. Eng., 8 (35), 13387 – 13399 (2020). https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c04166
  12. Andrés L.J., Riera F.A., Alvarez R. J. Chem. Technol. Biotechnol., 70 (3), 247 – 252 (1997). https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4660(199711)70:3<247::AID-JCTB763>3.0.CO;2-8
  13. Renaud V., Houde V.P., Pilon G., Varin T.V., Roblet C., Marette A., Boutin Y., Bazinet L. Int. J. Mol. Sci., 22 (21), 11537 (2021). https://doi.org/10.3390/ijms222111537
  14. Fidaleo M., Ventriglia G. Foods, 11 (12), 1770 (2022). https://doi.org/10.3390/foods11121770
  15. Wang Y., Jiang C., Bazinet L., Xu T. Galanakis, C.M., Ed.; Academic Press: Cambridge, MA, USA, 349–381(2019). https://doi.org/10.1016/b978-0-12-815056-6.00010-3
  16. Liu G., Wu D., Chen G., Halim R., Liu J., Deng H. Sep. Purif. Technol., 263, 118403 (2021). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.118403
  17. Chandra A., Bhuvanesh E.B., Chattopadhyay S. Chem. Eng. Res. Des., 178, 13–24 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.11.035
  18. Chandra A., Tadimeti J.G.D., Chattopadhyay S. Chin. J. Chem. Eng., 26 (2), 278–292 (2018). https://doi.org/10.1016/j.cjche.2017.05.010
  19. Chandra A., Chattopadhyay S. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 589, 124395 (2020). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.124395
  20. Laucirica G., Pérez-Mitta G., Toimil-Molares M.E., Trautmann C., Marmisollé W.A., Azzaroni O. J. Phys. Chem. C, 123, 28997–29007 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b07977
  21. Liu J., Liang J., Feng X., Cui W., Deng H., Ji Z., Zhao Y. , Guo X., Yuan J. J. Membr. Sci., 624, 119109 (2021). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119109
  22. Vásquez-Garzón M.L., Bonotto G., Marder L., Ferreira J.Z., Bernardes A.M. Desalination, 263 (1–3), 118 – 121(2010). https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.06.047
  23. Martí-Calatayud M.C., Ruiz-García M., Pérez-Herranz V. Sep. Purif. Technol., 354, 128951 (2025). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128951
  24. Lide R. CRC Handbook of Chemistry and Physics 86TH Edition 2005–2006, 2005.
  25. Kozaderova O.A., Kim K.B., Gadzhiyevа Ch.S., Niftaliev S.I. J. Memb. Sci., 604, 118081 (2020). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118081.
  26. Vasilieva V.I., Meshcheryakova E.E., Falina I.V., Kononenko N.A., Brovkina M.A., Akberova E.M. Membr. Membr. Technol., 5, 139–147 (2023). https://doi.org/10.1134/S2517751623030083
  27. Wang Y., Zhang Z., Jiang C., Xu T. Sep. Purif. Technol., 170, 353–359 (2016). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.07.002
  28. Yan H., Wang Y., Xu T. K6-5: Developing Ion Exchange Membrane for Treating High Salinity Water Using Electrodialysis. In Proceedings of the 5th International Conference on Sustainable Chemical Production Process Engineering (SCPPE), Tianjin, China, 30 July 2019; p. 65.
  29. Sarapulova V., Pismenskaya N., Titorova V., Sharafan M., Wang Y., Xu T., Zhang Y., Nikonenko V. Int. J. Mol. Sci. 22, № 3, 415 (2021). https://doi.org/10.3390/ijms22031415
  30. Ponomar M., Krasnyuk E., Butylskii D., Nikonenko V., Wang Y., Jiang C., Xu T., Pismenskaya N. Membranes, 12, 765 (2022). https://doi.org/10.3390/membranes12080765
  31. Pismenskaya N., Rybalkina O., Solonchenko K., Pasechnaya E., Sarapulova V., Wang Y., Jiang C., Xu T., Nikonenko V. Polymers, 15, 2288 (2023). https://doi.org/10.3390/polym15102288
  32. Pismenskaya N.D., Rybalkina O.A., Kozmai A.E., Tsygurina K.A., Melnikova E.D., Nikonenko V.V. J. Membr. Sci., 601, 117920 (2020). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.117920
  33. Titorova V.D., Mareev S.A., Gorobchenko A.D., Gil V.V., Nikonenko V.V., Sabbatovskii K.G., Pismenskaya N.D. J. Membr. Sci., 624, 119036 (2021). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.119036
  34. Sarapulova V., Nevakshenova E., Pismenskaya N., Dammak L., Nikonenko V. J. Membr. Sci., 479, 28–38 (2015). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.01.015
  35. Maletzki F., Rosler H.-W., Staude E. J. Membr. Sci., 71, 105 (1992). https://doi.org/10.1016/0376-7388(92)85010-G
  36. Dukhin S.S. Adv. Colloid Interface Sci., 35, 173–196 (1991). https://doi.org/10.1016/0001-8686(91)80022-C
  37. Mishchuk N.A. Adv. Colloid Interface Sci., 160, 16–39 (2010), https://doi.org/10.1016/j.cis.2010.07.001
  38. Rubinstein I., Zaltzman B. Phys. Rev. Lett. 114, 114502 (2015). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.114502
  39. Rubinstein I., Zaltzman B. Phys. Rev. E., 62, 2238–2251 (2000). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.62.2238
  40. Zaltzman B., Rubinstein I. J. Fluid Mech., 579, 173–226 (2007). https://doi.org/10.1017/S0022112007004880
  41. Simons R. Electrochim. Acta., 29, 151–158 (1984). https://doi.org/10.1016/0013-4686(84)87040-1
  42. Tanaka Y. Prog. Filtr. Sep., 207–284 (2015). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384746-1.00006-9
  43. Zabolotsky V.I., Shel’deshov N.V., Gnusin N.P. Russ. Chem. Rev., 57, 801–808 (1988). https://doi.org/10.1070/RC1988v057n08ABEH003389
  44. Rybalkina O.A., Moroz I.A., Gorobchenko A.D., Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V. Membr. Membr. Technol., 4, 31–38 (2022). https://doi.org/10.1134/S2517751622010061
  45. Helfferich F. Ion Exchange, McGraw-Hil, New York, 1962.
  46. Rybalkina O.A., Sharafan M.V., Nikonenko V.V., Pismenskaya N.D. J. Membr. Sci., 651, 120449 (2022). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120449
  47. Zabolotskii V.I., Lebedev K.A., Shel’deshov N.V. Russ. J. Electrochem., 53 (9), 966–979 (2017). https://doi.org/10.1134/S102319351709018X
  48. Sharafan M.V., Gorobchenko A.D., Nikonenko V.V. Membr. Membr. Technol. (In press)
  49. Strnad J., Kincl M., Beneš J., Svoboda M., Vobecká L., Slouka Z. Desalination, 571, 117093 (2024). https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.117093

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024