Константы скорости лимитирующих стадий реакции диссоциации молекул воды в гетерогенных биполярных мембранах, содержащих частицы катализатора

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Разработан метод расчета констант скоростей лимитирующих стадий реакции диссоциации молекул воды в генерирующих контактах гетерогенных биполярных мембран (БПМ), содержащих частицы каталитической добавки. Метод основан на использовании уравнения вольтамперной характеристики биполярной области гетерогенной БПМ, содержащей генерирующие контакты двух типов. Для случая, когда каталитическая добавка является катионообменником (КО), один из контактов образован частицами КО и частицами анионообменника (АО), содержащимися в слоях БПМ, а другой – частицами каталитической добавки и частицами АО, содержащимися в слоях БПМ. Расположение констант скоростей лимитирующих стадий реакций диссоциации молекул воды в исследованных мембранах согласуется с рядом каталитической активности, константы которого рассчитаны на основе реакций переноса протона между молекулами воды и ионогенными группами, содержащимися в слоях БПМ.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. В. Ковалев

Акционерное общество “Транснефть-Терминал”

Email: sheld_nv@mail.ru
Россия, Новороссийск, пр. Ленина, 37, 353913

И. П. Аверьянов

Кубанский государственный университет

Email: sheld_nv@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

Т. В. Карпенко

Кубанский государственный университет

Email: sheld_nv@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

Н. В. Шельдешов

Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sheld_nv@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

В. И. Заболоцкий

Кубанский государственный университет

Email: sheld_nv@mail.ru
Россия, Краснодар, ул. Ставропольская, 149, 350040

Список литературы

  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))

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структурная модель биполярной области (а) гетерогенной БПМ, содержащей каталитическую добавку (является катионообменником), и типы контактов (б), образующихся в биполярной области. 1 – контакт частиц катионообменника и анионообменника (генерирующий контакт первого типа); 2 – контакт частиц каталитической добавки и анионообменника (генерирующий контакт второго типа); 3 – контакт частиц каталитической добавки и катионообменника; 4 – контакт частиц каталитической добавки.

Скачать (279KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Частотные спектры электрохимического импеданса биполярных мембран МБ-1, аМБ-2 и МБм при плотности постоянного тока 0.88 А/дм2 и температуре 25°С в системе 0.1 М HNO3 | 0.1 М NaOH; мембраны МБ-3 при плотности постоянного тока 0.88 А/дм2 и температуре 4°С в системе 0.01 моль-экв/л H2SO4 | 0.01 моль-экв/л NaOH; мембраны МБ-2 при плотности постоянного тока 0.66 А/дм2 и температуре 25°С в системе 0.01 моль-экв/л H2SO4 | | 0.01 моль-экв/л NaOH.

Скачать (111KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость сопротивления биполярной области исследуемых гетерогенных биполярных мембран МБ-1, аМБ-2 и МБм при температуре 25°С в системе 0.1 М HNO3 | 0.1 М NaOH; мембраны МБ-3 при температуре 4°С в системе 0.01 моль-экв/л H2SO4 | 0.01 моль-экв/л NaOH; мембраны МБ-2 при температуре 25°С в системе 0.01 моль-экв/л H2SO4 | 0.01 моль-экв/л NaOH от плотности тока (а) и парциальные по перенапряжению вольтамперные характеристики биполярной области биполярных мембран (б).

Скачать (151KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость κhet биполярной области БПМ от массы внесенной в мембрану каталитической добавки и перенапряжения биполярной области. Точки – экспериментальные значения; линия – расчет по уравнению (12), при m* = 0.12.

Скачать (81KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024