RU2782631C1 - Method for manufacturing ion-exchange double-layer membrane - Google Patents
Method for manufacturing ion-exchange double-layer membrane Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782631C1 RU2782631C1 RU2021136903A RU2021136903A RU2782631C1 RU 2782631 C1 RU2782631 C1 RU 2782631C1 RU 2021136903 A RU2021136903 A RU 2021136903A RU 2021136903 A RU2021136903 A RU 2021136903A RU 2782631 C1 RU2782631 C1 RU 2782631C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- layer
- solution
- temperature
- solvent
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 19
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N Carbon tetrachloride Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N dimethylformamide Substances CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- DCGLONGLPGISNX-UHFFFAOYSA-N trimethyl(prop-1-ynyl)silane Chemical compound CC#C[Si](C)(C)C DCGLONGLPGISNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 25
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 16
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 12
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 8
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N HCl Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N oxozirconium Chemical compound [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 3
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N Ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N Tetrafluoroethylene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 2
- ODSQCHUEHAGMIH-UHFFFAOYSA-N 1-ethenoxy-2-ethoxypropane Chemical compound CCOC(C)COC=C ODSQCHUEHAGMIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036975 Permeability coefficient Effects 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N Sulfuryl fluoride Chemical compound FS(F)(=O)=O OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K [O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002490 anilino group Chemical class [H]N(*)C1=C([H])C([H])=C([H])C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003012 bilayer membrane Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- -1 perfluoro (3,6-dioxa-4-methyl-7-octene) sulfonyl fluoride Chemical compound 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 1
- 238000007127 saponification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001953 sensory Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к мембранной технике, в частности к способам получения ионообменных асимметричных мембран с улучшенными электрохимическими характеристиками, и может быть применимо в топливных элементах на основе протонопроводящих мембранных систем, электродиализных аппаратах, сенсорных мембранных устройствах, а также в качестве мембранных диодов.The invention relates to membrane technology, in particular to methods for obtaining asymmetric ion-exchange membranes with improved electrochemical characteristics, and can be applied in fuel cells based on proton-conducting membrane systems, electrodialysis apparatuses, sensory membrane devices, and also as membrane diodes.
Известен способ получения композиционной ионообменной мембраны, модифицированной градиентно-распределенными по толщине мембраны наночастицами допанта, причем в качестве допанта используют мелкодисперсный гидратированный кислый фосфат циркония Zr(HPO4)2⋅H2O, или мелкодисперсный гидратированный оксид циркония ZrO2 H2O, или мелкодисперсный гидратированный оксид кремния SiO2*H2O, или мелкодисперсный полианилин. При этом градиентное распределение неорганического допанта получают путем его синтеза непосредственно в полимерной матрице, в которую вводят один из компонентов синтезируемого допанта, а вторым компонентом обрабатывают одну из поверхностей полимерной матрицы (RU №2352384, 2009).A known method for producing a composite ion-exchange membrane modified with dopant nanoparticles gradiently distributed over the thickness of the membrane, and finely dispersed hydrated zirconium acid phosphate Zr(HPO 4 ) 2 ⋅H 2 O, or finely dispersed hydrated zirconium oxide ZrO 2 H 2 O, or fine hydrated silicon oxide SiO 2 *H 2 O, or fine polyaniline. At the same time, the gradient distribution of the inorganic dopant is obtained by its synthesis directly in the polymer matrix, into which one of the components of the synthesized dopant is introduced, and one of the surfaces of the polymer matrix is treated with the second component (RU No. 2352384, 2009).
Недостатком известного решения является деструкция основного слоя мембраны, обусловленная проникновением второго слоя мембраны в первый, приводящая к образованию микротрещин в структуре, следствием чего является увеличение коэффициента диффузионной проницаемости. Последнее отражается на стабильности структуры и приводит к снижению воспроизводимости ее транспортных свойств.The disadvantage of the known solution is the destruction of the main layer of the membrane, due to the penetration of the second layer of the membrane into the first, leading to the formation of microcracks in the structure, resulting in an increase in the diffusion permeability coefficient. The latter affects the stability of the structure and leads to a decrease in the reproducibility of its transport properties.
Известен способ получения композитной мембраны с фиксированной толщиной слоя полианилина, включающий синтез полианилина в матрице путем последовательного воздействия 1 М раствора протонированного анилина (C6H5NH3 +) в течение 1 ч и инициатора полимеризации 0,1 М персульфата аммония (NH4)2S2O8 в течение 1 ч. При этом в качестве исходной матрицы берут инертную непроводящую пленку сополимера тетрафторэтилена и перфтор(3,6-диокса-4-метил-7-октен)сульфонилфторида и подвергают кипячению в растворе 10% NaOH в течение 10-40 мин, с образованием заряженного сульфированного слоя в полученной пленке, которую отмывают дистиллированной водой, переводят в Н+-форму, для последующего осуществления синтеза полианилина в заряженном сульфированном слое, а затем кипятят в водном растворе аммиака, для мягкого щелочного омыления оставшейся инертной непроводящей пленки сополимера тетрафторэтилена и перфтор (3,6-диокса-4-метил-7-октен) сульфонилфторида. (RU №2481885, 2013).A known method for producing a composite membrane with a fixed thickness of the polyaniline layer, including the synthesis of polyaniline in the matrix by successive exposure to a 1 M solution of protonated aniline (C 6 H 5 NH 3 + ) for 1 h and a polymerization initiator of 0.1 M ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 for 1 hour. In this case, an inert non-conductive film of a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoro(3,6-dioxa-4-methyl-7-octene)sulfonyl fluoride is taken as the initial matrix and subjected to boiling in a solution of 10% NaOH for 10-40 min, with the formation of a charged sulfonated layer in the resulting film, which is washed with distilled water, transferred to the H + -form, for the subsequent synthesis of polyaniline in a charged sulfonated layer, and then boiled in an aqueous solution of ammonia, for mild alkaline saponification of the remaining inert non-conductive film of a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoro (3,6-dioxa-4-methyl-7-octene) sulfonyl fluoride. (RU No. 2481885, 2013).
При этом полученная композитная мембрана не обладает асимметрией транспортных свойств.In this case, the obtained composite membrane does not have asymmetry of transport properties.
Наиболее близким к описываемому изобретению является способ получения ионообменной двухслойной мембраны с асимметрией транспортных свойств, состоящей из подложки перфторсульфополимера МФ-4СК и модифицированного галлуазитными нанотрубками слоя (1-10% масс. от используемого сульфополимера) (RU №2670300, 2018).Closest to the described invention is a method for obtaining an ion-exchange two-layer membrane with asymmetry of transport properties, consisting of a substrate of perfluorosulfopolymer MF-4SK and a layer modified with halloysite nanotubes (1-10 wt% of the used sulfopolymer) (RU No. 2670300, 2018).
Недостатки данного решения заключаются в сложности технологии проведения способа, в частности, в необходимости использования аэрографа, что приводит к разрыхлению структуры мембраны и ухудшению ее потребительских свойств, модификатора - галлуазита, а также, в недостаточно высокой степени асимметрии вольтамперных характеристик (ВАХ).The disadvantages of this solution are the complexity of the technology of the method, in particular, the need to use an airbrush, which leads to loosening of the membrane structure and deterioration of its consumer properties, the modifier - halloysite, as well as an insufficiently high degree of asymmetry of current-voltage characteristics (CVC).
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение технологии проведения способа, повышение степени асимметрии диффузионной проницаемости и вольтамперных кривых, а также расширение ассортимента композитных бислойных ионообменных мембран, имеющих высокую степень асимметрии транспортных свойств.The technical problem to be solved by the present invention is to simplify the technology of the method, increase the degree of asymmetry in diffusion permeability and current-voltage curves, as well as expand the range of composite bilayer ion-exchange membranes with a high degree of asymmetry in transport properties.
Указанная техническая проблема решается описываемым способом изготовления ионообменной двухслойной мембраны, заключающимся в том, что раствор перфторсульфополимера в литиевой форме в растворителе - диметилформамиде с массовой долей в растворе 7,2%, объемом 10,0-34,0 мл заливают в стеклянную форму с плоским дном и выдерживают в течение 2,0-6,6 часов до равномерного распределения жидкости по поверхности формы с последующим удалением пузырьков воздуха, затем форму с жидкостью подвергают нагреву при температуре 55,0-60,0°С до полного испарения растворителя с получением первого слоя мембраны, затем поли-1-триметилсилил-1-пропин в количестве 0,1-10,0% от массы используемого перфторсульфополимера растворяют в 1,6-5,4 мл тетрахлорметана при нагревании до 30,0-35,0°С, полученный раствор наливом равномерно наносят на первый слой мембраны, нагретый до температуры 55,0-60,0°С, выпаривают растворитель при указанной температуре с получением мембраны, которую высушивают до стабилизации массы при температуре 80,0-120,0°С для удаления остаточного растворителя в течение 1,0-5,0 часов, и удаляют с поверхности стеклянной формы сформированную двухслойную мембрану с толщиной первого слоя, превышающей толщину второго слоя.The specified technical problem is solved by the described method of manufacturing an ion-exchange two-layer membrane, which consists in the fact that a solution of perfluorosulfopolymer in lithium form in a solvent - dimethylformamide with a mass fraction in a solution of 7.2%, with a volume of 10.0-34.0 ml is poured into a glass mold with a flat bottom and incubated for 2.0-6.6 hours until the liquid is evenly distributed over the surface of the mold, followed by the removal of air bubbles, then the mold with the liquid is subjected to heating at a temperature of 55.0-60.0°C until the solvent has completely evaporated to obtain the first layer of the membrane, then poly-1-trimethylsilyl-1-propyne in an amount of 0.1-10.0% by weight of the used perfluorosulfopolymer is dissolved in 1.6-5.4 ml of carbon tetrachloride when heated to 30.0-35.0 ° C , the resulting solution in bulk is evenly applied to the first layer of the membrane, heated to a temperature of 55.0-60.0 ° C, the solvent is evaporated at the indicated temperature to obtain a membrane, which is dried until the mass stabilizes at a temperature temperature 80.0-120.0°C to remove the residual solvent within 1.0-5.0 hours, and the formed two-layer membrane with the thickness of the first layer exceeding the thickness of the second layer is removed from the surface of the glass mold.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении заданной асимметрии транспортных свойств композитной мембраны за счет использования в качестве второго слоя полимера - поли-1-триметилсилил-1-пропина (ПТСМП), который практически не обладает распределенным объемным зарядом, то есть является нейтральным.The technical result achieved is to provide the specified asymmetry of the transport properties of the composite membrane by using as the second layer of the polymer - poly-1-trimethylsilyl-1-propyne (PTSMP), which practically does not have a distributed space charge, that is, it is neutral.
Предлагаемый способ изготовления ионообменной двухслойной мембраны осуществляют следующим образом.The proposed method for manufacturing an ion-exchange two-layer membrane is carried out as follows.
Предварительно подготовленный раствор перфторсульфополимера МФ-4СК (производитель ОАО «Пластполимер», РФ) в литиевой форме в растворителе - диметилформамиде с массовой долей в растворе 7,2%, объемом 10,0-34,0 мл заливают в стеклянную форму и выдерживают в течение 2,0-6,0 часов до равномерного распределения жидкости по поверхности формы с последующим удалением пузырьков воздуха. Затем раствор подвергают сушке при температуре 55,0-60,0°С до полного испарения растворителя с получением первого слоя мембраны.A pre-prepared solution of perfluorosulfopolymer MF-4SK (manufactured by OAO Plastpolimer, RF) in lithium form in a solvent - dimethylformamide with a mass fraction in solution of 7.2%, with a volume of 10.0-34.0 ml is poured into a glass mold and kept for 2.0-6.0 hours until the liquid is evenly distributed over the surface of the mold, followed by the removal of air bubbles. Then the solution is subjected to drying at a temperature of 55.0-60.0°C until complete evaporation of the solvent to obtain the first layer of the membrane.
Далее готовят раствор второго полимера - поли-1-триметилсилил-1-пропина (ПТМСП). Для этого навеску ПТМСП, взятого в количестве 0,1-10,0% масс. от массы используемого перфторсульфополимера, растворяют в 1,6-5,4 мл тетрахлорметана при нагревании до 30,0-35,0°С.Next, prepare a solution of the second polymer - poly-1-trimethylsilyl-1-propyne (PTMSP). To do this, a sample of PTMSP, taken in an amount of 0.1-10.0% of the mass. by weight of the perfluorosulfopolymer used, dissolved in 1.6-5.4 ml of carbon tetrachloride when heated to 30.0-35.0°C.
На полученный первый слой мембраны, нагретый до температуры 55-60°С поливом равномерно наносят полученный раствор, выпаривают растворитель при температуре 55,0-60,0°С. Затем полученную мембрану высушивают до стабилизации массы при температуре 80,0-120,0°С для удаления остаточного растворителя в течение 1,0-5,0 часов и удаляют сформированную мембрану с поверхности стеклянной формы.The resulting solution is evenly applied to the obtained first layer of the membrane, heated to a temperature of 55-60°C by watering, the solvent is evaporated at a temperature of 55.0-60.0°C. Then, the resulting membrane is dried to stabilize the mass at a temperature of 80.0-120.0°C to remove the residual solvent for 1.0-5.0 hours and the formed membrane is removed from the surface of the glass mold.
Проведение описываемого способа вышеуказанным образом приводит к получению двухслойной мембраны с толщиной первого слоя, превышающей толщину второго слоя.Carrying out the described method in the above way leads to the production of a two-layer membrane with a thickness of the first layer exceeding the thickness of the second layer.
Варьируя соотношение толщин слоев мембраны, можно регулировать степень асимметрии диффузионной проницаемости, что обусловлено несимметричным распределением концентрации электролита в слоях мембраны при разной ориентации мембраны по отношению к потоку электролита. Несимметричные профили концентрации являются следствием различия в коэффициентах диффузии и равновесного распределения молекул электролита в слоях, а также разных обменных емкостей слоев. Изменения соотношения толщин слоев выбирается в зависимости от цели использования мембраны.By varying the ratio of the thicknesses of the membrane layers, one can control the degree of diffusion permeability asymmetry, which is due to the asymmetric distribution of the electrolyte concentration in the membrane layers at different orientations of the membrane with respect to the electrolyte flow. Asymmetric concentration profiles are a consequence of the difference in diffusion coefficients and the equilibrium distribution of electrolyte molecules in the layers, as well as different exchange capacitances of the layers. Changes in the ratio of layer thicknesses are selected depending on the purpose of using the membrane.
Ниже представлен пример, иллюстрирующий, но не ограничивающий описываемый способ.The following is an example illustrating but not limiting the described method.
ПримерExample
Предварительно подготовленный раствор перфторсульфополимера МФ-4СК (производитель ОАО «Пластполимер», РФ) в литиевой форме в растворителе - диметилформамиде с массовой долей в растворе 7,2%, объемом 12,1 мл заливают в стеклянную форму с плоским дном и выдерживают в течение 2,0 часов до равномерного распределения жидкости по поверхности формы с последующим удалением пузырьков воздуха, затем форму с жидкостью подвергают нагреву при температуре 55,0°С до полного испарения растворителя с получением первого слоя мембраны.A pre-prepared solution of perfluorosulfopolymer MF-4SK (manufactured by OAO Plastpolimer, RF) in lithium form in a solvent - dimethylformamide with a mass fraction in solution of 7.2%, with a volume of 12.1 ml is poured into a glass mold with a flat bottom and kept for 2 0 hours until the liquid is evenly distributed over the surface of the mold, followed by the removal of air bubbles, then the mold with the liquid is subjected to heating at a temperature of 55.0°C until the solvent is completely evaporated to obtain the first layer of the membrane.
Далее готовят раствор второго полимера - поли-1-триметилсилил-1-пропина (ПТМСП). Навеску ПТМСП в количестве 0,2% от массы используемого перфторсульфополимера растворяют в 1,6 мл тетрахлорметана при нагревании до 30,0°С.Next, prepare a solution of the second polymer - poly-1-trimethylsilyl-1-propyne (PTMSP). A portion of PTMSP in the amount of 0.2% by weight of the used perfluorosulfopolymer is dissolved in 1.6 ml of carbon tetrachloride when heated to 30.0°C.
Затем на полученный первый слой мембраны, нагретый до температуры 55,0°С поливом, равномерно наносят полученный раствор, выпаривают растворитель при температуре 55,0°С. Далее полученную мембрану высушивают до стабилизации массы при температуре 80,0°С для удаления остаточного растворителя в течение 1 часа и удаляют сформированную двухслойную мембрану с поверхности стеклянной формы.Then, the resulting solution is evenly applied to the obtained first layer of the membrane, heated to a temperature of 55.0°C by irrigation, the solvent is evaporated at a temperature of 55.0°C. Next, the resulting membrane is dried to stabilize the mass at a temperature of 80.0°C to remove the residual solvent for 1 hour and remove the formed two-layer membrane from the surface of the glass mold.
Для доказательства асимметрии диффузионной проницаемости полученной мембраны проведены электрохимические измерения в измерительной диффузионной ячейке и найдены интегральные коэффициенты диффузионной проницаемости в зависимости от положения мембраны по отношению к направлению потока электролита (NaCl) через данную бислойную мембрану. Полученные данные сведены в таблицу 1, где Рс, мкм2/с - интегральный коэффициент диффузионной проницаемости, определенный при ориентации слоя ПТМСП (более тонкого слоя) к раствору электролита (NaCl), Рв, мкм2/с - интегральный коэффициент диффузионной проницаемости, определенный при ориентации слоя ПТМСП к камере с чистой водой, при различных концентрациях NaCl.To prove the asymmetry of the diffusion permeability of the resulting membrane, electrochemical measurements were carried out in a measuring diffusion cell and integral coefficients of diffusion permeability were found depending on the position of the membrane with respect to the direction of the electrolyte (NaCl) flow through this bilayer membrane. The data obtained are summarized in Table 1, where P c , µm 2 /s is the integral coefficient of diffusion permeability, determined when the PTMSP layer (thinner layer) is oriented to the electrolyte solution (NaCl), P in , µm 2 /s is the integral coefficient of diffusion permeability determined when the PTMSP layer is oriented towards the chamber with pure water at various NaCl concentrations.
Как видно из полученных данных, композиционная ионообменная мембрана по примеру обладает существенной асимметрией диффузионной проницаемости, т.е. неэквивалентными транспортными свойствами в разных направлениях при диффузии раствора NaCl через нее.As can be seen from the data obtained, the composite ion-exchange membrane according to the example has a significant asymmetry in diffusion permeability, i.e. non-equivalent transport properties in different directions during the diffusion of NaCl solution through it.
Асимметричные по диффузионной проницаемости мембраны обладают асимметрией и других транспортных свойств, в частности, вольтамперной характеристики (ВАХ). Так, на фиг. 1 и фиг. 2 показаны вольтамперные кривые, полученные при различном положении мембраны в электродиализной ячейке, где «с» - ориентация слоя ПТМСП к аноду, «в» - ориентация данного слоя к катоду. Вольтамперные характеристики образца мембраны: фиг. 1 - в 0,05 М растворе NaCl, фиг. 2 - в 0,05 М растворе HClMembrane asymmetric in diffusion permeability also have asymmetry in other transport properties, in particular, the current-voltage characteristic (CVC). So, in Fig. 1 and FIG. 2 shows current-voltage curves obtained at different positions of the membrane in the electrodialysis cell, where "c" is the orientation of the PTMSP layer to the anode, "c" is the orientation of this layer to the cathode. Current-voltage characteristics of the membrane sample: Fig. 1 - in 0.05 M NaCl solution, fig. 2 - in 0.05 M HCl solution
В таблице 2 приведены значения параметров вольтамперных кривых образца мембраны, свидетельствующие об асимметрии ВАХ.Table 2 shows the values of the parameters of the current-voltage curves of the membrane sample, indicating the asymmetry of the CVC.
Как видно из представленной фиг. 1 фиг. 2 и таблицы 2, отношения предельных токов для «с» и «в» ориентаций мембраны в 0,05 М растворе NaCl и 0,05 М растворе HCl составляет 2,47 и 2,82 соответственно, что свидетельствует о степени асимметрии этих характеристик, равной 147% и 182%. Отношения длин плато в ориентациях «в» и «с» составляют 2,58 и 1,67 в 0,05 М растворе NaCl и 0,05 М растворе HCl, соответственно, чему соответствуют показатели асимметрии порядка 158% и 67%.As can be seen from the presented FIG. 1 fig. 2 and Table 2, the ratio of the limiting currents for "c" and "c" orientations of the membrane in 0.05 M NaCl solution and 0.05 M HCl solution is 2.47 and 2.82, respectively, which indicates the degree of asymmetry of these characteristics, equal to 147% and 182%. The plateau length ratios in the "b" and "c" orientations are 2.58 and 1.67 in 0.05 M NaCl solution and 0.05 M HCl solution, respectively, corresponding to asymmetry values of the order of 158% and 67%.
Степень асимметрии наклона омического участка составляет порядка 81% и 75% в 0,05 М растворе NaCl и в 0,05 М растворе HCl степень асимметрии наклона запредельного участка составляет, соответственно, 108% и 178%.The degree of asymmetry of the slope of the ohmic region is about 81% and 75% in 0.05 M NaCl solution and in 0.05 M HCl solution; the degree of asymmetry of the slope of the transcendent region is 108% and 178%, respectively.
Таким образом, указанные данные подтверждают, что синтезированная мембрана обладает также и существенной асимметрией ВАХ, для ее изготовления применяется метод полива, в качестве второго слоя используется полимер ПТСМП, который практически не обладает распределенным объемным зарядом, т.е. является нейтральным, что способствует большей асимметрии транспортных свойств композитной мембраны.Thus, these data confirm that the synthesized membrane also has a significant asymmetry of the I–V characteristic, the pouring method is used for its manufacture, the PTSMP polymer is used as the second layer, which practically does not have a distributed space charge, i.e. is neutral, which contributes to a greater asymmetry of the transport properties of the composite membrane.
Осуществление описываемого способа с применением иных режимных условий, входящих в оговоренные выше интервалы приводит к аналогичным результатам.The implementation of the described method using other regime conditions included in the above intervals leads to similar results.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782631C1 true RU2782631C1 (en) | 2022-10-31 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2154655C2 (en) * | 1995-09-22 | 2000-08-20 | Нэшнл Пауэр ПЛК | Method of preparing modifying cation-exchange membrane |
| RU2352384C1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-04-20 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Composition ion-exchange chamber |
| RU2670300C1 (en) * | 2018-03-28 | 2018-10-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Method of manufacture of ion exchange two-layer membrane |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2154655C2 (en) * | 1995-09-22 | 2000-08-20 | Нэшнл Пауэр ПЛК | Method of preparing modifying cation-exchange membrane |
| RU2352384C1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-04-20 | Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) | Composition ion-exchange chamber |
| RU2670300C1 (en) * | 2018-03-28 | 2018-10-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Method of manufacture of ion exchange two-layer membrane |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bolt | Determination of the charge density of silica sols | |
| JP4598335B2 (en) | Improved polymer electrolyte membranes formed from mixed dispersions | |
| JP5230898B2 (en) | Highly fluorinated main chain polymer electrolyte membrane | |
| RU2020112290A (en) | POLYMER CONTAINING FLUOROSULPHONYL GROUP OR SULFONIC ACID GROUP, METHOD FOR ITS PREPARATION AND ITS APPLICATION | |
| Li et al. | A lotus root-like porous nanocomposite polymer electrolyte | |
| KR101896266B1 (en) | Ionic diode membrane comprising tapered nanopore and method for preparing thereof | |
| US20060177717A1 (en) | Fluorinated sulfonamide compounds and polymer electrolyte membranes prepared therefrom for use in electrochemical cells | |
| Liu et al. | Controllable preparation of an eggshell membrane supported hydrogel electrolyte with thickness-dependent electrochemical performance | |
| Berezina et al. | Barrier effects of polyaniline layer in surface modified MF-4SK/Polyaniline membranes | |
| Abdrashitov et al. | Synthesis and properties of stretched polytetrafluoroethylene–sulfonated polystyrene nanocomposite membranes | |
| RU2782631C1 (en) | Method for manufacturing ion-exchange double-layer membrane | |
| US9331353B2 (en) | Proton-conducting composite membrane for fuel cells | |
| Daiko et al. | Proton conduction in thickness-controlled ultrathin polycation/nafion multilayers prepared via layer-by-layer assembly | |
| JPS5833886B2 (en) | Cation exchange membrane and its manufacturing method | |
| KR101931411B1 (en) | Controlled size of ion channels in polymer electrolyte membranes by solvent polarity effect during coating processing | |
| Singh et al. | Universal method for the fabrication of detachable ultrathin films of several transition metal oxides | |
| RU2481885C1 (en) | Method of producing composite membrane with fixed polyaniline layer thickness | |
| Kolomytkin et al. | Hydrophobic properties of carbon fabric with Teflon AF 2400 fluoropolymer coating deposited from solutions in supercritical carbon dioxide | |
| JP3978493B2 (en) | Solid polymer electrolyte and method for producing the same | |
| Nakamura et al. | Studies on secondary electrocapillary effects. I. The confirmation of Young—Duprè equation | |
| RU195198U1 (en) | COMPOSITE ANION-EXCHANGE MEMBRANE | |
| JPH11354140A (en) | Thin film electrolyte having high strength | |
| RU2670300C1 (en) | Method of manufacture of ion exchange two-layer membrane | |
| KR20200139460A (en) | Anion-exchange composite membrane, preparation method thereof and fuel cell comprising the same | |
| US20080166538A1 (en) | Porous silicon and method of preparing the same |