RU197029U1 - Electrodialyzer - Google Patents

Electrodialyzer Download PDF

Info

Publication number
RU197029U1
RU197029U1 RU2019145709U RU2019145709U RU197029U1 RU 197029 U1 RU197029 U1 RU 197029U1 RU 2019145709 U RU2019145709 U RU 2019145709U RU 2019145709 U RU2019145709 U RU 2019145709U RU 197029 U1 RU197029 U1 RU 197029U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
electrodialyzer
frame
frames
ion
Prior art date
Application number
RU2019145709U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Юрьевич Бутыльский
Семен Александрович Мареев
Михаил Владимирович Порожный
Наталия Дмитриевна Письменская
Виктор Васильевич Никоненко
Кристиан Ларше
Ласаад Даммак
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority to RU2019145709U priority Critical patent/RU197029U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU197029U1 publication Critical patent/RU197029U1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/50—Stacks of the plate-and-frame type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/40—Semi-permeable membranes or partitions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/08—Means for establishing or regulating a desired environmental condition within a sample chamber
    • G01Q30/12—Fluid environment
    • G01Q30/14—Liquid environment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/44—SICM [Scanning Ion-Conductance Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SICM probes

Abstract

Полезная модель относится к конструкции электродиализатора с ионообменными мембранами, используемого при исследовании электрохимических характеристик ионообменных мембран и морфологии (структуры и формы) их поверхности в условиях наложения электрического поля.Предложена конструкция электродиализатора с проточными камерами, образованными четырьмя рамками со штуцерами в каналах с щелевидными прорезями, расположенными соосно на горизонтальных плоскостях прямоугольного отверстия каждой из рамок, между которыми закреплены исследуемая и две вспомогательные мембраны, при этом одна из рамок, прилегающих к поверхности исследуемой мембраны, снабжена зафиксированным капилляром Луггина. Одна из его проточных камер, прилегающая к противоположной поверхности исследуемой мембраны относительно рамки с зафиксированным капилляром Луггина, дополнительно содержит рамку перевернутой П-образной формы, установленную последовательно между рамкой и вспомогательной мембраной. На одной из боковых частей рамки перевернутой П-образной формы расположен канал, снабженный штуцером. Электродиализатор имеет уплотнительные прокладки и прижимные плиты со встроенными поляризующими платиновыми электродами с токоотводами.Электродиализатор универсален и позволяет изучать не только электрохимические характеристики ионообменных мембран, но и морфологию (структуру и форму) их поверхности в широкой области сканирования, и имеет защиту от короткого замыкания. 2 пр.; 7 ил.The invention relates to the design of an electrodialyzer with ion-exchange membranes, used to study the electrochemical characteristics of ion-exchange membranes and the morphology (structure and shape) of their surface under conditions of an electric field. The design of an electrodialyzer with flow chambers formed by four frames with fittings in channels with slit-like slots located coaxially on the horizontal planes of the rectangular holes of each of the frames, between which Single and two auxiliary membrane, whereby one of the frames adjacent to the surface of the membrane is provided with fixed capillary Luggina. One of its flow chambers adjacent to the opposite surface of the investigated membrane relative to the frame with a fixed Luggin capillary, additionally contains an inverted U-shaped frame mounted sequentially between the frame and the auxiliary membrane. On one of the side parts of the inverted U-shaped frame there is a channel equipped with a fitting. The electrodialyzer has sealing gaskets and pressure plates with built-in polarizing platinum electrodes with down conductors.The electrodialyzer is versatile and allows you to study not only the electrochemical characteristics of ion-exchange membranes, but also the surface morphology (structure and shape) of the surface and is protected against short circuit. 2 ave .; 7 ill.

Description

Полезная модель относится к конструкции электродиализатора с ионообменными мембранами, используемого при исследовании электрохимических характеристик ионообменных мембран и морфологии (структуры и формы) их поверхности в условиях наложения электрического поля.The utility model relates to the design of an electrodialyzer with ion-exchange membranes used in the study of the electrochemical characteristics of ion-exchange membranes and the morphology (structure and shape) of their surface under conditions of an electric field.

Известна конструкция многокамерного электродиализатора [Патент РФ №2380145, B01D 61/48 (2006.01), заявл. 12.12.2007, опубл. 27.01.2010], который состоит из электродных камер, чередующихся катионообменных и анионообменных мембран, образующих камеры обессоливания и концентрирования, в которых расположены гранулы катионообменной и анионообменной смолы, при этом гранулы катионообменной смолы расположены слоем в одно зерно и соприкасаются с катионообменной мембраной, гранулы анионообменной смолы расположены слоем в одно зерно и соприкасаются с анионообменной мембраной, между гранулами катионообменной смолы и гранулами анионообменной смолы расположена сетчатая прокладка из непроводящего материала, нити которой образуют ячейки, причем гранулы катионообменной и анионообменной смолы имеют диаметр, больший размера ячейки сетчатой прокладки и меньший суммарного размера ячейки и диаметра нити сетчатой прокладки.Known design of multi-chamber electrodialyzer [RF Patent No. 2380145, B01D 61/48 (2006.01), decl. 12.12.2007, publ. 01/27/2010], which consists of electrode chambers, alternating cation-exchange and anion-exchange membranes, forming desalination and concentration chambers in which granules of cation-exchange and anion-exchange resins are located, while granules of the cation-exchange resin are located in a single grain layer and are in contact with the cation-exchange membrane, anion-exchange granules the resins are arranged in a single grain layer and are in contact with the anion-exchange membrane, a mesh screen is located between the granules of the cation-exchange resin and the granules of the anion-exchange resin a stack of non-conductive material, the filaments of which form cells, the granules of the cation exchange and anion exchange resins having a diameter larger than the mesh size of the mesh pad and smaller than the total mesh size and the diameter of the mesh thread.

К недостаткам электродиализатора относятся ограниченные функциональные возможности.The disadvantages of the electrodialyzer include limited functionality.

Известна конструкция электродиализатора, входящего в состав устройства для изучения локальных транспортных, электрохимических, гидродинамических и температурных характеристик в системе ионообменная мембрана/раствор [Патент РФ №162966, МПК G01N 27/40 (2006.01), заявл. 07.09.2015, опубл. 10.07.2016], с проточными камерами, содержащими штуцеры, между которыми закреплены исследуемая и вспомогательные мембраны. Электродиализатор снабжен поляризующими платиновым электродами и измерительными хлоридсеребряными электродами, расположенными по обе стороны от исследуемой мембраны.The known design of the electrodialyzer, which is part of a device for studying local transport, electrochemical, hydrodynamic and temperature characteristics in the ion-exchange membrane / solution system [RF Patent No. 162966, IPC G01N 27/40 (2006.01), decl. 09/07/2015, publ. 07/10/2016], with flow chambers containing fittings, between which the test and auxiliary membranes are fixed. The electrodialyzer is equipped with polarizing platinum electrodes and silver chloride measuring electrodes located on both sides of the membrane under study.

К недостаткам электродиализатора относятся ограниченные функциональные возможности.The disadvantages of the electrodialyzer include limited functionality.

Известна конструкция электродиализатора, входящего в состав устройства для изучения массообменных и электрохимических характеристик ионообменной мембраны [Патент РФ №100276, МПК G01N 27/40 (2006.01), заявл. 16.07.2010, опубл. 10.12.2010], с проточными камерами, образованными исследуемой и вспомогательными мембранами, которые симметрично расположены относительно друг друга, с помощью рамок. Рамки снабжены штуцерами и каналами с щелевидными прорезями, расположенными соосно на горизонтальных плоскостях прямоугольного отверстия каждой рамки. Капилляры Луггина встроены в две рамки, прилегающие с двух сторон к исследуемой мембране. Электродиализатор также содержит прижимные плиты, уплотнительные прокладки и поляризующие платиновые электроды.The known design of the electrodialyzer, which is part of the device for studying the mass transfer and electrochemical characteristics of the ion exchange membrane [RF Patent No. 100276, IPC G01N 27/40 (2006.01), decl. July 16, 2010, publ. 12/10/2010], with flow chambers formed by the test and auxiliary membranes, which are symmetrically located relative to each other, using frames. The frames are equipped with fittings and channels with slit-like slots located coaxially on the horizontal planes of the rectangular holes of each frame. Luggin's capillaries are built into two frames adjacent on both sides to the studied membrane. The electrodialyzer also contains pressure plates, gaskets, and polarizing platinum electrodes.

К недостаткам электродиализатора относятся ограниченные функциональные возможности.The disadvantages of the electrodialyzer include limited functionality.

Наиболее близким аналогом к заявляемой конструкции электродиализатора является электродиализатор [Бутыльский Д.Ю. и др. Исследование электрической неоднородности поверхности ионообменных мембран in situ методом сканирующей электрохимической микроскопии // Мембраны и мембранные технологии. - 2016. - Т. 6. - №. 4. - С. 351-358] с проточными камерами, образованными четырьмя рамками со штуцерами в каналах с щелевидными прорезями, расположенными соосно на горизонтальных плоскостях прямоугольного отверстия каждой рамки, между которыми закреплены исследуемая и две вспомогательные мембраны. Одна из рамок, прилегающих к поверхности исследуемой мембраны, снабжена зафиксированным капилляром Луггина, а другая имеет круглое отверстие в верхней части. Электродиализатор содержит уплотнительные прокладки и прижимные плиты со встроенными поляризующими платиновыми электродами с токоотводами.The closest analogue to the claimed design of the electrodialyzer is an electrodialyzer [Butylsky D.Yu. et al. In situ study of electrical heterogeneity of the surface of ion-exchange membranes by scanning electrochemical microscopy // Membranes and membrane technologies. - 2016. - T. 6. - No. 4. - P. 351-358] with flow chambers formed by four frames with fittings in the channels with slit-like slots located coaxially on the horizontal planes of the rectangular holes of each frame, between which the studied and two auxiliary membranes are fixed. One of the frames adjacent to the surface of the investigated membrane is equipped with a fixed Luggin capillary, and the other has a round hole in the upper part. The electrodialyzer contains gaskets and pressure plates with built-in polarizing platinum electrodes with down conductors.

К недостаткам прототипа относится ограниченная область сканирования морфологии (структуры и формы) поверхности и короткое замыкание электродиализатора, вызываемое переливом раствора электролита.The disadvantages of the prototype include the limited scanning area of the morphology (structure and shape) of the surface and the short circuit of the electrodialyzer caused by overflow of the electrolyte solution.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции электродиализатора, позволяющей изучать не только электрохимические характеристики ионообменных мембран, но и морфологию (структуру и форму) их поверхности в широкой области сканирования, с защитой от короткого замыкания.The technical task of the proposed utility model is to develop an electrodialyzer design that allows studying not only the electrochemical characteristics of ion-exchange membranes, but also the morphology (structure and shape) of their surface in a wide scanning area, with protection against short circuit.

Техническим результатом является универсальность электродиализатора, позволяющего комплексно изучать электрохимическое поведение ионообменных мембран в условиях наложенного электрического поля.The technical result is the versatility of the electrodialyzer, which allows to comprehensively study the electrochemical behavior of ion-exchange membranes in an applied electric field.

Для достижения технического результата предложена конструкция электродиализатора с проточными камерами, образованными четырьмя рамками со штуцерами в каналах с щелевидными прорезями, расположенными соосно на горизонтальных плоскостях прямоугольного отверстия каждой из рамок. Между этими рамками закреплены исследуемая и две вспомогательные мембраны, при этом одна из рамок, прилегающих к поверхности исследуемой мембраны, снабжена зафиксированным капилляром Луггина. Проточная камера, прилегающая к противоположной поверхности исследуемой мембраны относительно рамки с зафиксированным капилляром Луггина, дополнительно содержит рамку перевернутой П-образной формы, установленную последовательно между рамкой и вспомогательной мембраной. На одной из боковых частей рамки перевернутой П-образной формы расположен канал, снабженный штуцером. Электродиализатор имеет уплотнительные прокладки и прижимные плиты со встроенными поляризующими платиновыми электродами с токоотводами.To achieve a technical result, a design of an electrodialyzer with flow chambers formed by four frames with fittings in channels with slit-shaped slots located coaxially on the horizontal planes of the rectangular holes of each frame is proposed. The studied and two auxiliary membranes are fixed between these frames, while one of the frames adjacent to the surface of the studied membrane is equipped with a fixed Luggin capillary. The flow chamber adjacent to the opposite surface of the investigated membrane relative to the frame with the fixed Luggin capillary further comprises an inverted U-shaped frame mounted in series between the frame and the auxiliary membrane. On one of the side parts of the inverted U-shaped frame there is a channel equipped with a fitting. The electrodialyzer has gaskets and pressure plates with built-in polarizing platinum electrodes with down conductors.

Предлагаемая конструкция электродиализатора отличается от прототипа наличием в одной из его проточных камер, которая прилегает к противоположной поверхности исследуемой мембраны относительно рамки с зафиксированным капилляром Луггина, дополнительно введенной рамки перевернутой П-образной формы и установленной последовательно между рамкой и вспомогательной мембраной. На одной из ее боковых частей расположен канал, снабженный штуцером.The proposed design of the electrodialyzer differs from the prototype by the presence in one of its flow chambers, which is adjacent to the opposite surface of the investigated membrane relative to the frame with a fixed Luggin capillary, an additional inverted U-shaped frame and installed sequentially between the frame and the auxiliary membrane. On one of its lateral parts there is a channel equipped with a fitting.

Наличие штуцера обеспечивает своевременный отвод и предупреждает перелив раствора электролита и, как следствие, предотвращает короткое замыкание электродиализатора.The presence of the fitting ensures timely drainage and prevents overflow of the electrolyte solution and, as a result, prevents short circuit of the electrodialyzer.

Перевернутая П-образная форма рамки обеспечивает беспрепятственный доступ к поверхности исследуемой мембраны и позволяет изучать не только электрохимические характеристики ионообменных мембран, но и морфологию (структуру и форму) их поверхности в широкой области сканирования.The inverted U-shaped shape of the frame provides unhindered access to the surface of the investigated membrane and allows us to study not only the electrochemical characteristics of ion-exchange membranes, but also the morphology (structure and shape) of their surface in a wide scanning area.

На фигуре 1 изображена схема заявляемого электродиализатора; на фигуре 2 представлено изображение рамки перевернутой П-образной формы; на фигуре За приведена вольтамперная характеристика мембраны M1, полученная в гальваностатическом режиме, и значения стационарной разности потенциалов (маркеры), полученные из хронопотенциограмм; на фигуре 3б - хронопотенциограммы мембраны M1, полученные с использованием заявляемого электродиализатора; на фигуре 4а - результаты визуализации морфологии поверхности образца мембраны M1, полученные с использованием заявляемого электродиализатора методом сканирующей потенциометрической микроскопии ионной проводимости; на фигуре 4б - изображение поверхности мембраны M1, полученное методом оптической микроскопии; на фигуре 4в - результаты визуализации морфологии поверхности образца мембраны M1, полученные с использованием электродиализатора-прототипа методом сканирующей потенциометрической микроскопии ионной проводимости.The figure 1 shows a diagram of the inventive electrodialyzer; figure 2 presents an image of an inverted U-shaped frame; the figure 3 shows the current-voltage characteristic of the M1 membrane obtained in the galvanostatic mode and the values of the stationary potential difference (markers) obtained from chronopotentiograms; figure 3b shows the chronopotentiograms of the M1 membrane obtained using the inventive electrodialyzer; figure 4a - the results of visualization of the surface morphology of the sample membrane M1, obtained using the inventive electrodialyzer by scanning potentiometric microscopy of ionic conductivity; figure 4b is an image of the surface of the membrane M1 obtained by optical microscopy; figure 4c shows the results of visualization of the surface morphology of the sample of the membrane M1, obtained using the prototype electrodialyzer using scanning potentiometric ion conductivity microscopy.

Электродиализатор 1 (фиг. 1) содержит исследуемую мембрану 2, относительно которой симметрично расположены вспомогательные мембраны 3 с прокладками 4, образующие вместе с рамками 5 две симметричные электродные камеры 6, камеру концентрирования 7, камеру обессоливания 8. Рамки 5 содержат штуцеры 9, которые обеспечивают проточность камер 6, 7, 8. Капилляр Луггина 10 зафиксирован в рамке 5, образующей камеру концентрирования 7. Электродиализатор 1 содержит прижимные плиты 11, в которых закреплены поляризующие платиновые электроды 12 с токоотводами. Электродиализатор 1 дополнительно содержит рамку перевернутой П-образной формы 13, содержащую в одной из ее боковых частей штуцер 14, соединенный с каналом 15 (фиг. 2). Штуцеры 9 закреплены в каналах 16 с щелевидными прорезями 17, расположенными соосно на горизонтальных плоскостях прямоугольного отверстия 18 каждой из рамок 5 (фиг. 2), которые обеспечивают подачу и отвод раствора электролита в камерах 6, 7 и 8.The electrodialyzer 1 (Fig. 1) contains the test membrane 2, relative to which the auxiliary membranes 3 with gaskets 4 are symmetrically located, forming together with the frames 5 two symmetric electrode chambers 6, a concentration chamber 7, a desalination chamber 8. The frames 5 contain fittings 9 that the flow rate of the chambers 6, 7, 8. The Luggin capillary 10 is fixed in a frame 5 that forms the concentration chamber 7. The electrodialyzer 1 contains pressure plates 11 in which polarizing platinum electrodes 12 with down conductors are fixed. The electrodialyzer 1 further comprises an inverted U-shaped frame 13, containing in one of its side portions a fitting 14 connected to the channel 15 (Fig. 2). The fittings 9 are fixed in the channels 16 with slit-shaped slots 17 located coaxially on the horizontal planes of the rectangular holes 18 of each of the frames 5 (Fig. 2), which supply and discharge the electrolyte solution in chambers 6, 7 and 8.

В камере обессоливания 8 рамка перевернутой П-образной формы 13 установлена последовательно между рамкой 5 и вспомогательной мембраной 3 у противоположной поверхности исследуемой мембраны 2 относительно рамки 5 с зафиксированным капилляром Луггина 10, образующей вместе с исследуемой мембраной 2 и вспомогательной мембраной 3 с прокладками 4 камеру концентрирования 7.In the desalination chamber 8, an inverted U-shaped frame 13 is mounted sequentially between the frame 5 and the auxiliary membrane 3 at the opposite surface of the studied membrane 2 relative to the frame 5 with the fixed Luggin capillary 10, which forms, together with the studied membrane 2 and the auxiliary membrane 3 with gaskets 4, a concentration chamber 7.

Мобильный микрокапилляр 19 (фиг. 1) через рамку перевернутой П-образной формы 13 помещают в камеру обессоливания 8 для получения электрохимических характеристик и визуализации морфологии (структуры и формы) поверхности исследуемой мембраны 2.Mobile microcapillary 19 (Fig. 1) through the frame of an inverted U-shaped form 13 is placed in a desalination chamber 8 to obtain electrochemical characteristics and visualize the morphology (structure and shape) of the surface of the investigated membrane 2.

Пример 1.Example 1

Для исследования электрохимических характеристик мембраны 2 была взята катионообменная мембрана M1. Электродиализатор 1 предлагаемой конструкции был укомплектован анионообменной мембраной МА-41 и катионообменной мембраной МК-40 (Щекиноазот, Россия), которые использовались в качестве вспомогательных мембран 3. При этом анионообменная мембрана МА-41 была ориентирована к аноду, а катионообменная мембрана МК-40 - к катоду, тем самым получаем камеры 6, 7, 8, герметичность которых обеспечивают прокладки 4.To study the electrochemical characteristics of membrane 2, a cation exchange membrane M1 was taken. Electrodialyzer 1 of the proposed design was equipped with an MA-41 anion-exchange membrane and MK-40 cation-exchange membrane (Shchekinoazot, Russia), which were used as auxiliary membranes 3. In this case, the MA-41 anion-exchange membrane was oriented to the anode, and the MK-40 cation-exchange membrane to the cathode, thereby obtaining chambers 6, 7, 8, the tightness of which is provided by gaskets 4.

Симметрично относительно исследуемой мембраны 2 устанавливают мобильный микрокапилляр 19, помещаемый в камеру обессоливания 8 через рамку перевернутой П-образной формы 13, и капилляр Луггина 10 с другой стороны исследуемой мембраны 2 в камере концентрирования 7.Symmetrically relative to the investigated membrane 2, a mobile microcapillary 19 is installed, placed in the desalination chamber 8 through the inverted U-shaped frame 13, and the Luggin capillary 10 on the other side of the studied membrane 2 in the concentration chamber 7.

В электродиализаторе 1 обеспечивали циркуляционный режим, например, с помощью насосов, прокачивая раствор через штуцеры 9, закрепленные в каналах 16 с щелевидными прорезями 17, расположенными соосно на горизонтальных плоскостях прямоугольного отверстия 18 каждой из рамок 5 и обеспечивающими ламинарный поток. В качестве раствора электролита использовали раствор 0.02 М хлорида натрия. Скорость протока раствора в камерах 6, 7, 8 электродиализатора 1 составляла 30 мл/мин. Наличие в одной из боковых частей рамки перевернутой П-образной формы 13, штуцера 14, соединенного с каналом 15, предотвращает перелив раствора и, как следствие, короткое замыкание электродиализатора 1.Circulating mode was provided in the electrodialyzer 1, for example, by means of pumps, pumping the solution through fittings 9 fixed in channels 16 with slit-like slots 17 located coaxially on the horizontal planes of the rectangular hole 18 of each of the frames 5 and providing laminar flow. As an electrolyte solution, a solution of 0.02 M sodium chloride was used. The flow rate of the solution in chambers 6, 7, 8 of the electrodialyzer 1 was 30 ml / min. The presence in one of the side parts of the frame of an inverted U-shaped shape 13, a fitting 14 connected to the channel 15, prevents overflow of the solution and, as a result, short circuit of the electrodialyzer 1.

Вольтамперные характеристики исследуемой мембраны 2 получали в гальваностатическом режиме при начальном значении силы тока 0 мА, конечном значении силы тока 20 мА, скорости развертки силы тока 5×10-6 А/с, задаваемой на исследуемой мембране 2 через поляризующие платиновые электроды 12, закрепленные в прижимных плитах 11, обеспечивающих целостность и герметичность электродиализатора 1. Частота измерения разности потенциалов между концами капилляра Луггина 10 и мобильного микрокапилляра 19 равна 0,5 Гц.The current-voltage characteristics of the studied membrane 2 were obtained in the galvanostatic mode at the initial current strength of 0 mA, the final value of the current strength of 20 mA, the sweep speed of the current strength of 5 × 10 -6 A / s, set on the studied membrane 2 through polarizing platinum electrodes 12, fixed in pressure plates 11, ensuring the integrity and tightness of the electrodialyzer 1. The frequency of measuring the potential difference between the ends of the Luggin capillary 10 and the mobile microcapillary 19 is 0.5 Hz.

Хронопотенциограммы исследуемой мембраны 2 получали при задании постоянного тока на исследуемой мембране 2 через поляризующие платиновые электроды 12 по известной методике [Mareev S.A. et al. Chronopotentiometry of ion-exchange membranes in the overlimiting current range. Transition time for a finite-length diffusion layer: Modeling and experiment // Journal of Membrane Science. - 2016. - T. 500. - C. 171-179.]. Измерение хронопо-тенциограмм состояло из трех этапов: на первом этапе значение силы тока задавали равными 0 мА в течение 100 с, на втором - 5 мА в течение 600 с, на третьем - 0 мА в течение 100 с. Затем эксперимент повторяли последовательно при значениях задаваемой силы тока на втором этапе 8, 9, 10, 11 мА также в течение 600 с. Частота измерения разности потенциалов между концами капилляра Луггина 10 и мобильного микрокапилляра 13 составляла 0,1 Гц на каждом этапе.Chronopotentiograms of the studied membrane 2 were obtained by setting a direct current on the studied membrane 2 through polarizing platinum electrodes 12 according to the known method [Mareev S.A. et al. Chronopotentiometry of ion-exchange membranes in the overlimiting current range. Transition time for a finite-length diffusion layer: Modeling and experiment // Journal of Membrane Science. - 2016. - T. 500. - C. 171-179.]. The measurement of chronopotentiograms consisted of three stages: in the first stage, the current strength was set equal to 0 mA for 100 s, in the second - 5 mA for 600 s, and in the third - 0 mA for 100 s. Then the experiment was repeated sequentially with the values of the set current strength at the second stage of 8, 9, 10, 11 mA and also for 600 s. The frequency of measuring the potential difference between the ends of the Luggin capillary 10 and the mobile microcapillary 13 was 0.1 Hz at each stage.

Полученная вольтамперная характеристика (фиг. 3а) и хронопотенциограммы при разных токах (фиг. 3б) согласуются с литературными данными [Mareev S.A. et al. Chronopotentiometry of ion-exchange membranes in the overlimiting current range. Transition time for a finite-length diffusion layer: Modeling and experiment // Journal of Membrane Science. - 2016. - T. 500. - C. 171-179.]. Кроме того, полученные вольтамперная характеристика (фиг. 3а) и хронопотенциограммы (фиг. 3б) хорошо согласуются между собой, о чем свидетельствует совпадение с вольтамперной характеристикой значений стационарных разностей потенциалов (маркеры), полученных из хронопо-тенциограмм при значении времени с момента начала измерения, равном 700 с (фиг. 3а).The obtained current-voltage characteristic (Fig. 3a) and chronopotentiograms at different currents (Fig. 3b) are consistent with published data [Mareev S.A. et al. Chronopotentiometry of ion-exchange membranes in the overlimiting current range. Transition time for a finite-length diffusion layer: Modeling and experiment // Journal of Membrane Science. - 2016. - T. 500. - C. 171-179.]. In addition, the obtained volt-ampere characteristic (Fig. 3a) and chronopotentiograms (Fig. 3b) are in good agreement with each other, as evidenced by the coincidence with the volt-ampere characteristic of the values of stationary potential differences (markers) obtained from chronopotentiograms at a time value from the moment the measurement started equal to 700 s (Fig. 3a).

Таким образом, конструкция заявляемого электродиализатора позволяет измерять электрохимические характеристики исследуемой мембраны, как и конструкция некоторых аналогов.Thus, the design of the inventive electrodialyzer allows you to measure the electrochemical characteristics of the investigated membrane, as well as the design of some analogues.

Пример 2.Example 2

Для исследования морфологии поверхности мембраны 2 была взята катионообменная мембрана M1. Электродиализатор 1 предлагаемой конструкции был укомплектован анионообменной мембраной МА-41 и катионообменной мембраной МК-40 (Щекиноазот, Россия), которые использовались в качестве вспомогательных мембран 3. При этом анионообменная мембрана МА-41 была ориентирована к аноду, а катионообменная мембрана МК-40 - к катоду, тем самым получаем камеры 6, 7, 8, герметичность которых обеспечивают прокладки 4.To study the surface morphology of membrane 2, a M1 cation exchange membrane was taken. Electrodialyzer 1 of the proposed design was equipped with an MA-41 anion-exchange membrane and MK-40 cation-exchange membrane (Shchekinoazot, Russia), which were used as auxiliary membranes 3. In this case, the MA-41 anion-exchange membrane was oriented to the anode, and the MK-40 cation-exchange membrane to the cathode, thereby obtaining chambers 6, 7, 8, the tightness of which is provided by gaskets 4.

В электродиализаторе 1 обеспечивали циркуляционный режим, например, с помощью насосов, прокачивая раствор через штуцеры 9, закрепленные в каналах 16 с щелевидными прорезями 17, расположенными соосно на горизонтальных плоскостях прямоугольного отверстия 18 каждой из рамок 5 и обеспечивающими ламинарный поток. В качестве раствора электролита использовали раствор 0.02 М хлорида натрия. Скорость протока раствора в камерах 6, 7, 8 электродиализатора 1 составляла 30 мл/мин. Наличие в одной из боковых частей рамки перевернутой П-образной формы 13, штуцера 14, соединенного с каналом 15, предотвращает перелив раствора и, как следствие, короткое замыкание электродиализатора 1.Circulating mode was provided in the electrodialyzer 1, for example, by means of pumps, pumping the solution through fittings 9 fixed in channels 16 with slit-like slots 17 located coaxially on the horizontal planes of the rectangular hole 18 of each of the frames 5 and providing laminar flow. As an electrolyte solution, a solution of 0.02 M sodium chloride was used. The flow rate of the solution in chambers 6, 7, 8 of the electrodialyzer 1 was 30 ml / min. The presence in one of the side parts of the frame of an inverted U-shaped shape 13, a fitting 14 connected to the channel 15, prevents overflow of the solution and, as a result, short circuit of the electrodialyzer 1.

Симметрично относительно исследуемой мембраны 2 устанавливают мобильный микрокапилляр 19, помещаемый в камеру обессоливания 8 через рамку перевернутой П-образной формы 13, и капилляр Луггина 10 с другой стороны исследуемой мембраны 2 в камере концентрирования 7. Затем мобильный микрокапилляр 19 устанавливают на расстояние 20 мкм от поверхности исследуемой мембраны 2 и передвигают на этом расстоянии с шагом 50 мкм в области 2500×2500 мкм2, регистрируя в каждой точке значения локальной разности потенциалов при частоте измерения 0,1 Гц, возникающей между концами мобильного микрокапилляра 19 и капилляра Луггина 10.Symmetrically relative to the investigated membrane 2, a mobile microcapillary 19 is installed, placed in the desalination chamber 8 through an inverted U-shaped frame 13, and a Luggin capillary 10 on the other side of the studied membrane 2 in the concentration chamber 7. Then, the mobile microcapillary 19 is installed at a distance of 20 μm from the surface the investigated membrane 2 and move at this distance in increments of 50 μm in the region of 2500 × 2500 μm 2 , registering at each point the values of the local potential difference at a measurement frequency of 0.1 Hz, which occurs I am waiting for the ends of the mobile microcapillary 19 and the Luggin 10 capillary.

Исследование морфологии поверхности исследуемой мембраны 2 проводили при значении силы постоянного тока 0,5 мА, задаваемой на исследуемой мембране 2 через поляризующие платиновые электроды 12, закрепленные в прижимных плитах 11.The study of the surface morphology of the investigated membrane 2 was carried out at a DC current of 0.5 mA, set on the studied membrane 2 through polarizing platinum electrodes 12, mounted in the pressure plates 11.

Распределение локальной разности потенциалов у поверхности электрически неоднородной мембраны M1, взятой в качестве исследуемой мембраны 2, (фиг. 4а) отвечает теоретическим представлениям: линии тока огибают непроводящие участки и проходят перпендикулярно поверхности у проводящих участков, поэтому непроводящим участкам соответствуют максимумы на карте распределения потенциалов, а проводящим - минимумы. Периодичность изменения локальной разности потенциалов хорошо коррелирует с размером и формой проводящих областей на поверхности мембраны 2 (круги на поверхности), определенными методом оптической микроскопии (фиг. 4б). К тому же площадь области сканирования морфологии поверхности исследуемой мембраны 2 увеличилась почти в 3 раза по сравнению с результатами, полученными с использованием электродиализатора-прототипа (фиг. 4в). Использование электродиализатора-прототипа позволяло исследовать область до 1500×1500 мкм2 (фиг. 4в), в то время как заявляемый электродиализатор позволяет исследовать область до 2500×2500 мкм2 на поверхности исследуемой мембраны 2 (фиг. 4а).The distribution of the local potential difference near the surface of the electrically inhomogeneous membrane M1, taken as the studied membrane 2, (Fig. 4a) corresponds to the theoretical concepts: the streamlines bend around the non-conducting sections and pass perpendicular to the surface at the conducting sections, therefore, the maxima on the potential distribution map correspond to non-conducting sections, and conductive - lows. The frequency of changes in the local potential difference correlates well with the size and shape of the conductive regions on the surface of the membrane 2 (circles on the surface) determined by optical microscopy (Fig. 4b). In addition, the area of the scanning area of the surface morphology of the investigated membrane 2 increased almost 3 times in comparison with the results obtained using the electrodialyzer-prototype (Fig. 4B). The use of the electrodialyzer of the prototype allowed us to explore the region of up to 1500 × 1500 μm 2 (Fig. 4c), while the inventive electrodialyzer allows you to explore the region of up to 2500 × 2500 μm 2 on the surface of the investigated membrane 2 (Fig. 4a).

Таким образом, заявляемая конструкция электродиализатора является универсальной, т.к. расширены его функциональные возможности, позволяющие комплексно изучать электрохимическое поведение ионообменных мембран в условиях наложенного электрического поля. С его помощью можно измерять вольтамперные характеристики и хронопотенциограммы и визуализировать морфологию (структуру и форму) поверхности ионообменных мембран в более широкой области сканирования по сравнению с прототипом благодаря перевернутой П-образной форме рамки. Наличие в этой рамке канала, снабженного штуцером, обеспечивает своевременный отвод и предупреждает перелив раствора электролита и, как следствие, предотвращает короткое замыкание электродиализатора.Thus, the claimed design of the electrodialyzer is universal, because its functionality has been expanded, allowing a comprehensive study of the electrochemical behavior of ion-exchange membranes under the conditions of an applied electric field. With its help, it is possible to measure the current-voltage characteristics and chronopotentiograms and visualize the surface morphology (structure and shape) of the ion-exchange membranes in a wider scanning area compared to the prototype due to the inverted U-shaped frame shape. The presence in this frame of the channel, equipped with a fitting, provides timely drainage and prevents overflow of the electrolyte solution and, as a result, prevents short circuit of the electrodialyzer.

Claims (1)

Электродиализатор с проточными камерами, образованными четырьмя рамками со штуцерами в каналах с щелевидными прорезями, расположенными соосно на горизонтальных плоскостях прямоугольного отверстия каждой из рамок, между которыми закреплены исследуемая и две вспомогательные мембраны, при этом одна из рамок, прилегающих к поверхности исследуемой мембраны, снабжена зафиксированным капилляром Луггина, содержит уплотнительные прокладки и прижимные плиты со встроенными поляризующими платиновыми электродами, отличающийся тем, что одна из его проточных камер, прилегающая к противоположной поверхности исследуемой мембраны относительно рамки с зафиксированным капилляром Луггина, дополнительно содержит рамку перевернутой П-образной формы, установленную последовательно между рамкой и вспомогательной мембраной, и на одной из ее боковых частей расположен канал, снабженный штуцером.Electrodialyzer with flow chambers formed by four frames with fittings in slit-shaped channels located coaxially on the horizontal planes of the rectangular holes of each frame, between which the test and two auxiliary membranes are fixed, while one of the frames adjacent to the surface of the studied membrane is equipped with a fixed Luggin’s capillary, contains gaskets and pressure plates with built-in polarizing platinum electrodes, characterized in that one of its flow chambers, adjacent to the opposite surface of the investigated membrane relative to the frame with the fixed Luggin capillary, additionally contains an inverted U-shaped frame mounted in series between the frame and the auxiliary membrane, and on one of its side parts there is a channel equipped with a fitting.
RU2019145709U 2019-12-30 2019-12-30 Electrodialyzer RU197029U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145709U RU197029U1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Electrodialyzer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145709U RU197029U1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Electrodialyzer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU197029U1 true RU197029U1 (en) 2020-03-25

Family

ID=69941802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019145709U RU197029U1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Electrodialyzer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU197029U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3755134A (en) * 1970-05-21 1973-08-28 Patent Technology Electrodialysis apparatus
RU2050176C1 (en) * 1992-02-17 1995-12-20 Владимир Федорович Письменский Electrodialyzer
RU41423U1 (en) * 2004-07-19 2004-10-27 Закрытое акционерное общество "Фирма "АКВАРОС" ELECTRODIALYSERIZER (OPTIONS)
RU69414U1 (en) * 2007-03-22 2007-12-27 Общество с ограниченной ответственностью, Научно-производственное объединение "ЭЛАМ" (ООО НПО "ЭЛАМ") ELECTRODIALYZER FOR CLEANING LYSINE HYDROCHLORIDE FROM MINERAL IMPURITIES
RU2380145C2 (en) * 2007-12-12 2010-01-27 Общество с ограниченной ответственностью Инновационное предприятие "Мембранная технология" Multichamber electrodialysis apparatus for deep demineralisation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3755134A (en) * 1970-05-21 1973-08-28 Patent Technology Electrodialysis apparatus
RU2050176C1 (en) * 1992-02-17 1995-12-20 Владимир Федорович Письменский Electrodialyzer
RU41423U1 (en) * 2004-07-19 2004-10-27 Закрытое акционерное общество "Фирма "АКВАРОС" ELECTRODIALYSERIZER (OPTIONS)
RU69414U1 (en) * 2007-03-22 2007-12-27 Общество с ограниченной ответственностью, Научно-производственное объединение "ЭЛАМ" (ООО НПО "ЭЛАМ") ELECTRODIALYZER FOR CLEANING LYSINE HYDROCHLORIDE FROM MINERAL IMPURITIES
RU2380145C2 (en) * 2007-12-12 2010-01-27 Общество с ограниченной ответственностью Инновационное предприятие "Мембранная технология" Multichamber electrodialysis apparatus for deep demineralisation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Бутыльский Д.Ю. и др. Исследование электрической неоднородности поверхности ионообменных мембран in situ методом сканирующей электрохимической микроскопии // Мембраны и мембранные технологии. - 2016. - Т. 6. - 4. - С. 351-358]. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109546186B (en) SOC detection device and method for detecting state of electrolyte in flow battery and flow battery system with SOC detection device
Pandey et al. A highly hydroxide conductive, chemically stable anion exchange membrane, poly (2, 6 dimethyl 1, 4 phenylene oxide)-b-poly (vinyl benzyl trimethyl ammonium), for electrochemical applications
Kobatake et al. Studies of membrane phenomena. I. Membrane potential
Kniaginicheva et al. Water splitting at an anion-exchange membrane as studied by impedance spectroscopy
Omosebi et al. Continuous operation of membrane capacitive deionization cells assembled with dissimilar potential of zero charge electrode pairs
CA2385482A1 (en) A substrate and a method for determining and/or monitoring electrophysiological properties of ion channels
Neihof et al. A QUANTITATIVE ELECTROCHEMICAL THEORY OF THE ELECTROLYTE PERMEABILITY OF MOSAIC MEMBRANES COMPOSED OF SELECTIVELY ANION-PERMEABLE AND SELECTIVELY CATION-PERMEABLE PARTS, AND ITS EXPERIMENTAL VERIFICATION: II. A Quantitative Test of the Theory in Model Systems Which Do Not Involve the Use of Auxiliary Electrodes
Le et al. On the structure–properties relationship of the AMV anion exchange membrane
Kristensen et al. Counter-ion transport number and membrane potential in working membrane systems
DE202014010453U1 (en) Micro electrode fluid measuring cell (MDE)
RU197029U1 (en) Electrodialyzer
Chen et al. Kinetics and mechanism of heterogeneous voltage-driven water-dissociation catalysis
Noh et al. Precise evaluation of liquid conductivity using a multi-channel microfluidic chip and direct-current resistance measurements
US20160230285A1 (en) Plating apparatus and sensing device using same
Barragán et al. On the methanol–water electroosmotic transport in a Nafion membrane
Saito et al. A study of effective charge density of swollen poly (vinyl alcohol) membrane mixed with poly (styrenesulfonic acid)
CN207832733U (en) The device of Chloride Ion in Concrete migration characteristic test
Simons et al. ac electrical properties of bipolar membranes: Experiments and a model
Dammak et al. Determination of the diffusion coefficients of ions in cation-exchange membranes, supposed to be homogeneous, from the electrical membrane conductivity and the equilibrium quantity of absorbed electrolyte
Barragán et al. Swelling and electro-osmotic properties of cation-exchange membranes with different structures in methanol–water media
Butylskii et al. Examination of the equations for calculation of chronopotentiometric transition time in membrane systems
CN217324347U (en) Chlor-alkali ionic membrane in-situ membrane voltage testing device
Walczyk et al. Investigation of the Redox Couple Benzophenone/Benzophenone Anion Radical in Acetonitrile and N, N‐Dimethylformamide by Electrochemical and Spectroelectrochemical Methods
Hills et al. The adsorption of the hexafluorophosphate ion at the non-aqueous solution-mercury interface
WO2012039076A1 (en) A method for quantifying a chemical substance with substitutional stripping voltammetry and a sensor chip used therefor