CC BY
34ш_-
--ISSN 1606-867Х (Print)
ISSN 2687-0711 (Online)
Конденсированные среды и межфазные границы
https://journals.vsu.ru/kcmf/
Оригинальные статьи
Научная статья УДК: 541.13:544.726
https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3670
Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными бентонит-модифицированными биполярными мембранами
О. А. Козадерова1, К. Б. Кимш, П. Е. Белоусов2, А. В. Тимкова1, С. И. Нифталиев1
1Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр. Революции, 19, Воронеж394036, Российская Федерация
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, пер. Старомонетный, 35, Москва 119017, Российская Федерация
Аннотация
Целью настоящей работы является исследование характеристик электродиализа раствора сульфата натрия с экспериментальными биполярными мембранами на основе анионообменной мембраны МА-41 и жидкого сульфокатионообменника, модифицированного бентонитовыми глинами. Осуществлена конверсия сульфата натрия в процессе электродиализа с биполярными мембранами, полученными путем нанесения на анионообменную мембрану МА-41 жидкого сульфокатионообменника, содержащего частицы бентонитовой глины. Для повышения производительности мембран по водородным и гидроксильным ионам проведены органомодификации бентонита алкилдиметилбензиламмония хлоридом и стеариновой кислотой при различных концентрациях. Биполярная мембрана с добавлением бентонита, модифицированного алкилдиметилбензиламмония хлоридом (2 % масс.), показала более высокую производительность по Н+-ионам. Биполярная мембрана, в катионообменный слой которой добавлен бентонит, модифицированный стеариновой кислотой (3 % масс.), наиболее эффективна для получения потока ОН--ионов. Показано, что при совместном использовании алкилдиметилбензиламмония хлорида (2 % масс.) и стеариновой кислоты (3 % масс.) для модификации бентонита, можно добиться повышения производительности биполярной мембраны при конверсии сульфата натрия, как по кислоте, так и по щелочи.
Ключевые слова: электродиализ, биполярная мембрана, модифицирование, бентонит, органобентонит, сульфат натрия, кислота, щелочь
Благодарности: работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук (МК-685.2021.1.3)
Для цитирования: Козадерова О. А., Ким К. Б., Белоусов П. Е., Тимкова А. В., Нифталиев С. И. Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными бентонит-модифицированными биполярными мембранами. Конденсированные среды и межфазные границы. 2021;23(4): 518-528. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3670 For citation: O. A. Kozaderova, K. B. Kim, P. E. Belousov, A. V. Timkova, S. I. Niftaliev Electrodialysis of a sodium sulphate solution with experimental bentonite-modified bipolar membranes. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2021; 23 (4): 518-528. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3670
И Ким Ксения Борисовна, e-mail: [email protected]
© Козадерова О. А., Ким К. Б., Белоусов П. Е., Тимкова А. В., Нифталиев С. И. 2021
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
О. А. Козадерова и др. Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
1. Введение
Эффективность процесса электродиализа, используемого для конверсии солевых растворов, во многом зависит от свойств применяемых мембран [1]. Существующие коммерческие ионообменные мембраны не всегда могут удовлетворять потребностям промышленности и науки. Достижения в мембранной технологии, особенно в области новых материалов, могут сделать электродиализ еще более конкурентоспособным по сравнению с традиционными энергоемкими, экологически небезопасными и дорогостоящими процессами.
Анализ литературы показал, что актуальными являются исследования по улучшению ионообменных мембран: изменение типа функциональных групп, выбор различных полимерных матриц, смешение полимеров, изменение плотности сшивки, добавление неорганических и органических наполнителей, модифицирование поверхности мембран, введение каталитических добавок [2-11]. Известно, что введение в биполярную область ионообменной мембраны различных наночастиц приводит к увеличению скорости диссоциации молекул воды [12-21], следовательно, к повышению производительности и эффективности работы мембран.
Для модифицирования мембран также применяются относительно недорогие и доступные глинистые материалы, обладающие заряженной структурой. Изучено применение глин для мембран из поливинилиденфторида (ПВДФ) [22-32]. Так, добавление клоазита и палыгорсита улучшает механические свойства таких мембран, повышают их устойчивость к поверхностному истиранию. Разработаны модифицированные монтмориллонитом (ММТ) ПВДФ-мембраны, отличающиеся более высокой степенью селективности при фильтрации красителей [33].
Повышение эффективности процесса ультрафильтрации сточных вод молочной промышленности достигается благодаря включению в матрицу полимерных мембран бентонита [34]. С целью повышения термоустойчивости мембран поверхность частиц бентонита предложено модифицировать ^изопропилакриламидом [35]. При ультрафильтрации растворов, содержащих гуминовую кислоту [36], модифицированная бентонитовая глина значительно улучшает гидрофильность, пористость и водопоглощение мембран. Полученные таким образом композиты могут быть использованы для удаления ионов тяжелых металлов.
Для модифицирования мембран типа №Аоп предложено применение монтмориллонита [37]. Улучшить совместимость неорганической глины и органического полимера возможно модифицированием поверхности наноглины ионным, ковалентным и плазменным методами [38-39]. Однако добавление глины в полимер снижает его протонную проводимость [40]. Избежать этого можно при добавлении силанового агента [41], прививкой сульфогрупп в силикатный слой или путем органической модификации глины [42-43]. Процесс органомодификации заключается во внедрении органических молекул, обычно алкиламмониевых солей, в межслоевое пространство монтмориллонита. Положительно заряженные органические молекулы замещают катионы натрия, магния и кальция и становятся своеобразным буфером между минеральным веществом и полимером, позволяя создать однородную систему (рис. 1) [44].
Мембраны, содержащие монтмориллонит с привитыми группами органических сульфо-новых кислот, показали лучшие характеристики по сравнению с мембранной, изготовленной из немодифицированного монтмориллонита, и исходной №Аоп [45]. Доказана высокая эффек-
Рис. 1. Схема органомодификации монтмориллонита [44]
О. А. Козадерова и др.
Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
тивность монтмориллонита, модифицированного метилалкилбис(2-гидроксиэтил) аммоний хлоридом (Cloisite 30В), при его добавлении 0.5 % мас. к матрице полимера [46]. Подтверждена эффективность Cloisite-15A - монтмориллонита, модифицированного четвертичной аммониевой солью, в обратноосмотических мембранах [47]. Установлено, что добавление орга-ноглины Cloisite-15A значительно улучшает как водопроницаемость, так и проницаемость мембраны для солевого раствора на 60.5 и 44.3 % соответственно [48].
Показана [49] эффективность электродиализа растворов солей цинка на новых синтезированных полимерных мембранах на основе поли-эфирсульфона (ПЭС) и органомодифицирован-ного ММТ. Для электродиализа использованы мембраны, полученные методом литья из раствора с добавлением частиц наноглины клоа-зита в матрицу ПВХ, характеризующиеся более низкой проницаемостью и потоком для двухвалентных ионов по сравнению с одновалентными, что может быть использовано для их селективного разделения [50].
Гетерогенные катионообменные мембраны на основе полиэфирсульфона и катионооб-менной смолы, модифицированные ОН-ММТ и Ж03-ММТ, отличаются более равномерным распределением ионообменной смолы в полимерной матрице, лучшими характеристиками мембраны: меньшим поверхностным сопротивлением, высокими проницаемостью и способностью переноса ионов во время электродиализа [51].
Глинистые материалы могут успешно использоваться для модифицирования биполярных мембран [52], так как входящие в их состав силикаты и гидроксид-ионы являются катализаторами диссоциации молекул воды.
Целью настоящей работы является исследование характеристик электродиализа раствора сульфата натрия с экспериментальными биполярными мембранами на основе анионообмен-ной мембраны МА-41 и жидкого сульфокатио-
нообменника, модифицированного бентонитовыми глинами.
2. Экспериментальная часть
В работе использовались щелочные бентониты Даш-Салахлинского месторождения (Азербайджан) с содержанием монтмориллонита более 70 % (введение в катионообменный слой в неизмененной форме и после модифицирования стеариновой кислотой) и Тихменевского месторождения о. Сахалин (Россия) [53] (введение в катионообменный слой экспериментальной мембраны после модифицирования алкил-диметилбензиламмония хлоридом). Процесс органомодификации включал в себя несколько стадий. На начальном этапе подготавливалась 1%-я суспензия бентонитовой глины. Далее, на лабораторной центрифуге (ОС-6МТ «Дастан») была получена обогащенная фракция бентонита с размером частиц не более 1 мкм, содержащая более 95 % монтмориллонита. Из полученной обогащенной фракции готовилась 3%-я водная суспензия. Модификация проводилась при постоянном перемешивании и температуре 70 °С. В качестве модификаторов использовали раствор алкилдиметилбензиламмония хлорида и стеариновую кислоту, характеристики которых приведены в табл. 1. Продолжительность модификации составляла 2 часа. Полученную орга-ноглину отделяли от суспензии, промывали водой до отсутствия избытка непрореагировавше-го модификатора, высушивали и измельчали в шаровой мельнице до фракции с размером частиц не более 60 мкм [54].
Подготовленные природный и модифицированный образцы бентонита использовали для получения биполярной ионообменной мембраны. Она была изготовлена на основе стандартной анионообменной мембраны с четвертичными аммониевыми группами (МА-41) [55] и жидкого сульфокатионообменника, ЛФ-4-СК, аналога перфторированного сульфокатионообмен-ника (МФ-4СК) [56] (табл. 2). Для закрепления
Таблица 1. Характеристика веществ, используемых для модифицирования бентонита
Алкилдиметилбензиламмония _хлорид (ПАВ)_
Стеариновая кислота
Внешний вид
порошок светло-желтого цвета
бесцветные кристаллы
Концентрация модификатора
60 мг/100 г монтморриллонита
5 г/100 г бентонита
Структурная формула
R - C12-C18
CH3-(CH,)lfi с
"ОН
О. А. Козадерова и др.
Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными.
Таблица 2. Характеристики монополярных слоев, образующих модифицированную биполярную мембрану
Свойства
Катионообменный слой
Анионообменный слой
Мембрана
МФ-4СК
МА-41
Полимерная матрица
Политетрафтоэтилен
Полистирол сшитый дивинилбензолом
Элементарное звено
Инертное связующее
Полиэтилен
Армирующая сетка
Полиамид
Толщина в набухшем состоянии (см)
0.07
0.53
пленки катионообменника поверхность анио-нообменной мембраны МА-41 предварительно обезжиривали, подвергали шерохованию и обрабатывали уксусной кислотой [57]. На подготовленную мембрану-подложку наносили суспензию жидкого катионообменника с частицами бентонитовой глины (1, 2 и 3 % масс.) (рис. 2). Для улучшения диспергирования частиц бентонита в растворе ЛФ-4СК смесь обрабатывали в ультразвуковой ванне (ВУ-09-Я-ФП-01) 20 минут. После этого мембрану сушили в течение 24 часов при температуре 25 °С.
С целью изучения влияния модификатора на свойства полученной биполярной мембраны проводили конверсию сульфата натрия (раствор, 0.5 моль/дм3) в электродиализаторе, содержащем катионообменную ^а1ехСМН-РР), ани-
онообменную ^а1ех АМН-РР) мембраны (производство МЕГА, Чехия [58]) и одну из исследуемых биполярных мембран (рис. 3).
В работе исследовали биполярные мембраны, полученные при нанесении на анионообменную мембрану жидкого катионообменника, не содержащего бентонит, (МБоп), а также катионообмен-ник с добавлением следующего количества бентонита (% к массе катионообменника): 1 (МББТ1), 2 (МББТ2), 3 (МББТ3). Аналогичные эксперименты проводили для мембран с добавлением бентонита, модифицированного ПАВ и стеариновой кислотой в следующем количестве соответственно (% к массе катионообменника): 1 (МБПАВ1), 2(МБПАВ2), 3(МБПАВЗ) и 1 (МБШ), 2 (МБ&2), 3(МБ&з).
По результатам экспериментальных данных рассчитывали выход по току %), удель-
200 |jm
200 (JM
а б
Рис. 2. Фотографии мембран (оптический микроскоп Levenhuk 625 с камерой М1400 Plus, увеличение 10x0.25): а - монополярная мембрана МА-41 (мембрана-подложка), на которую отливали катионооб-менник, б - опытный образец биполярной мембраны (1 - мембрана-подложка, 2 - катионообменный слой с частицами бентонита)
Конденсированные среды и межфазные границы / Condensed Matter and Interphases 2021;23(4): 518-528 О. А. Козадерова и др. Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
Ji =
(Со - Ci ) • V т-5 '
(3)
0.05 моль/дм' 01 маль/дм Рис. 3. Схема конверсии сульфата натрия электродиализом с биполярными мембранами: К - катионообменная мембрана, А - анионообмен-ная мембрана, МБ - биполярная мембрана
ные энергозатраты на производство целевого продукта (Ш, кВт-ч / кг), потоки ионов водорода и гидроксила, генерированных внутри биполярной мембраны (I, моль/(см2-с)) по формулам:
(С0 - С)• V • F
Л= —----100,
W =
т-1 I - U т m
(1) (2)
где C0 - концентрация ионов в исходном растворе, моль/дм3; C. - концентрация ионов в исследуемой секции, моль/дм3; V - объем раствора, дм3; F - число Фарадея А-с/моль; т - время, с; I - сила тока, А; U- напряжение, В; S - площадь мембраны, см2; m - масса продукта, кг.
3. Результаты и обсуждение
Результаты конверсии сульфата натрия с мембраной, полученной путем нанесения на МА-41 тонкого слоя жидкого катионообменника, не содержащего бентонит (МБоп), приведены на рис. 4. Полученный образец обладает свойствами биполярной мембраны и показывает сопоставимые потоки по водородным и гидрок-сильным ионам. Результаты эксперимента по конверсии изучаемой соли с мембранами МББТ1, МББТ2 и МББТ3 показали уменьшение потоков как щелочи, так и кислоты по сравнению с мембраной МБоп (рис. 4). В связи с этим, дальнейшие исследования были направлены на изучение возможности улучшения характеристик экспериментальных образцов мембран путем изменения свойств бентонита посредством органомо-дифицирования ПАВ (МБПАВ1, МБПАВ2, МБПАВ3) и стеариновой кислотой (МБСт1, МБСт2, МБСт3).
Результаты изучения зависимости производительности мембраны от количества бентони-
s
о
s
I^
о
OMhUN
©мввтз
О МВцу^
ОДМБВТ1
i, м А/см2
а б
Рис. 4. Зависимость потоков ионов Н+ (а) и ОН- (б), генерированных в биполярной мембране, от плотности тока для экспериментальных образцов без добавления бентонита в катионообменный слой и с добавлением немодифицированного бентонита
О. А. Козадерова и др.
Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
та, обработанного ПАВ, представлены на рис. 5. С ростом содержания ПАВ производительность по ионам среды меняется не монотонно: оптимальным является внесение 2 % масс. органогли-ны (МБПАВ2). Влияние бентонита, обработанного стеариновой кислотой, на производительность мембран показано на рис. 6, из которого видно, что такие мембраны более эффективны для получения щелочи. Максимальные потоки ОН--ионов, генерированных в биполярной мембра-
не, наблюдается при использовании 3 % бентонита, модифицированного стеариновой кислотой (МБСт3). Комбинирование в жидком ионооб-меннике, формирующем катионообменный слой биполярной мембраны, бентонита (2 % масс.), обработанного алкилдиметилбензиламмония хлоридом, и бентонита (3 % масс.), обработанного стеариновой кислотой (мембрана МБПАВ2+Сг3, рис. 7) не дало сопоставимых с МБПАВ2 потоков водородных ионов, однако, сравнение интенсив-
а б
Рис. 5. Зависимость потоков ионов Н+ (а) и ОН- (б), генерированных в биполярной мембране, от плотности тока для экспериментальных образцов с добавлением в катионообменный слой ПАВ-модифицированного бентонита
5
2
^
ji §
S
I
4"
2
о
л §
5
о..
i
ОМБсг3 •М6СТ1
20
40
i, мА/смг а
60
ewfifyj ©МБСт1
40
I, MAICM2 б
Рис. 6. Зависимость потоков ионов Н+ (а) и ОН- (б), генерированных в биполярной мембране, от плотности тока для экспериментальных образцов с добавлением в катионообменный слой бентонита, модифицированного стеариновой кислотой
О. А. Козадерова и др.
Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
а б
Рис. 7. Зависимость потоков ионов Н+ (а) и ОН- (б), генерированных в биполярной мембране, от плотности тока для экспериментальных образцов с добавлением в катионообменный слой модифицированного бентонита (ПАВ и стеариновой кислотой)
ности генерации ионов среды МБСт3 с МБПАВ2+Ст3 показывает преимущества последней.
Одним из важных критериев оценки эффективности работы биполярных мембран являются энергозатраты на получение единицы целевого
продукта. Эта величина для МБоп, МБП1ПО, МБ, и МБ
ПАВ2' Ст3
"ПАВ2+Ст3 наряду с изменением концентрации кислоты и щелочи в приемных камерах, потоками и выходом по кислоте и основанию приведена в табл. 3. Следует отметить, что использование биполярных мембран с модифицированным бентонитом в катионообменном слое позволяет существенно снизить энергозатраты на производство целевых продуктов и увеличить выход по току (табл. 3).
4. Выводы
Получены экспериментальные образцы биполярных мембран на основе анионообменной мембраны МА-41 и жидкого сульфокатионооб-менника с бентонитовыми глинами (природны-
ми и органомодифицированными). Исследовано влияние количества и модификации бентонита (алкилдиметилбензиламмония хлоридом и стеариновой кислотой) на свойства полученных экспериментальных мембран. Показано, что добавление в сульфокатионообменный слой мембраны бентонита, модифицированного как алкилдиметилбензиламмония хлоридом (2 % масс. бентонита к массе катионообменника), так и стеариновой кислотой (3 % масс. бентонита к массе катионообменника) приводит к максимальной эффективности биполярного электродиализа для конверсии сульфата натрия. Полученного эффекта удается достичь из-за наличия в составе бентонита гидроксильных и кремниевых групп, являющихся катализаторами диссоциации молекул воды [59-61]. Роль органомодификаторов бентонитовой глины заключается в изменении свойств поверхности слоя бентонита, которая становится более гидрофобной и совместимой с полимером. Использование биполярной мем-
Таблица 3. Результаты эксперимента по конверсии сульфата натрия (при плотности тока i = 60 мА/см2)
Мембрана МБ оп. МБ ПАВ2 МБ Ст3 МБПАВ2+Ст3
H2SO4 NaOH H2SO4 NaOH H2SO4 NaOH H2SO4 NaOH
ДС, моль /дм3 0.09 0.12 0.15 0.25 0.07 0.26 0.10 0.31
J, моль /(м2-ч) 9.6 12.2 15.0 13.0 9.8 15.6 11.7 16.3
W, кВт-ч/кг 50.8 49.2 32.5 45.8 33.9 26.1 35.4 29.8
h, % 41.3 52.2 64.3 55.8 44.2 67.2 47.9 69.7
О. А. Козадерова и др. Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
браны с модифицированным бентонитом позволяет получить более высокие концентрации кислоты и щелочи при конверсии сульфата натрия, увеличить выход по току и производительность, а также снизить энергозатраты.
Заявленный вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что у них нет известных финансовых конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.
Список литературы
1. Strathmann H. Ion-exchange membrane separation processes. Elsevier; 2004. v. 43, 60 p. https://doi. org/10.1016/s0927-5193(04)80031-7
2. Fathizadeh M., Aroujalian A., Raisi A. Effect of added NaXnano-zeolite into polyamide as a top thin layer of membrane on water flux and salt rejection in a reverse osmosis process. Journal of Membrane Science. 2011;375(1-2): 88-95. https://doi.org/10.10Wj. memsci.2011.03.017
3. Hosseini S. M., Madaeni S. S., Zendehnam A., Moghadassi A. R., Khodabakhshi A. R., Sanaeepur H. Preparation and characterization of PVC based heterogeneous ion exchange membrane coated with Ag nanoparticles by (thermal-plasma) treatment assisted surface modification. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2013;19(3): 854-862. https://doi. org/10.1016/j.jiec.2012.10.031
4. Zendehnam A., Arabzadegan M., Hosseini S. M., Robatmili N., Madaeni S. S. Fabrication and modification of polyvinylchloride based heterogeneous cation exchange membranes by simultaneous using Fe-Ni oxide nanoparticles and Ag nanolayer: physico-chemical and antibacterial characteristics. Korean Journal of Chemical Engineering. 2013;30(6): 1265-1271. https:// doi.org/10.1007/s11814-013-0063-2
5. Zarrinkhameh M., Zendehnam A., Hosseini S. M. Preparation and characterization of nanocomposite heterogeneous cation exchange membranes modified by silver nanoparticles. Korean Journal of Chemical Engineering. 2014;31(7): 1187-1193. https://doi. org/10.1007/s11814-014-0051-1
6. Huang M., Shen Y., Cheng W., Shao Y., Sun X., Liu B., Dong S. Nanocomposite films containing Au nanoparticles formedby electrochemical reduction of metal ions in the multilayer films as electrocatalyst for dioxygenreduction. Analytica Chimica Acta. 2005;535(1-2): 15-22. https://doi.org/10.10Wj. aca.2004.12.006
7. Camargo P. H. C., Satyanarayana K. G., Wypych F. Nanocomposites: synthesis, structure, properties and new application opportunities. Materials Research. 2009;12(1): 1-39. https://doi.org/10.1590/s1516-14392009000100002
8. Ярославцев А. Б., Никоненко В. В., Заболоцкий В. И. Ионный перенос в мембранных и ионообменных материалах. Успехи химии. 2003;72(5): 438-470. Режим доступа: https://elibrary.ru/item. asp?id=9284718
9. Domènech B., Bastos-Arrieta J., Alonso A., Ma-canás J., Muñoz M., Muraviev D. N. Bifunctional polymer-metal nanocomposite ion exchange materials. In book: Ion exchange technologies. 2012: 35-72. https:// doi.org/10.5772/51579
10. Ярославцев А. Б. Взаимосвязь свойств гибридных ионообменных мембран с размерами и природой частиц допанта. Российские нанотехно-логии. 2012;7(9-10): 8-18. Режим доступа: https:// elibrary.ru/item.asp?id=17956015
11. Кравченко Т. А., Сакардина Е. А., Калини-чев А. И., Золотухина Е. В. Стабилизация поверхностно- и объемно-распределенных наночастиц меди в ионообменной матрице. Журнал физической химии. 2015;89(9): 1436-1442. https://doi. org/10.7868/s0044453715080178
12. Kang M.-S., Choi Y.-J., Lee H.-J., Moon S.-H. Electrochemical characteristics of ion-exchange membranes coated with iron hydroxide/oxide and silica sol. Journal of Colloid and Interface Science. 2003;273(2): 523-532. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.01.050
13. Шельдешов Н. В., Заболоцкий В. И., Га-ныч В. В. Влияние нерастворимых гидроксидов металлов на скорость реакции диссоциации воды на катионообменной мембране. Электрохимия. 1994;30(12): 1458-1461.
14. Мельников С. С., Шаповалова О. В., Шельдешов Н. В., Заболоцкий В. И. Влияние гидроксидов d-металлов на диссоциацию воды в биполярных мембранах. Мембраны и мембранные технологии. 2011;1(2): 149-156. Режим доступа: https://elibrary. ru/item.asp?id=16316683
15. Шельдешов Н. В., Заболоцкий В. И., Алпатова Н. В. Влияние гидроксидов тяжелых металлов на диссоциацию воды в биполярной мембране. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015;114: 275-287. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=25280358
16. Шельдешов Н. В., Заболоцкий В. И. Биполярные ионообменные мембраны. Получение. Свойства. Применение. В кн.: Мембраны и мембранные технологии. М.: Научный мир; 2013. 612 с.
17. Мельников С. С., Шельдешов Н. В., Заболоцкий В. И. Электрохимические свойства асимметричных биполярных мембран. Конденсированные
О. А. Козадерова и др. Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
среды и межфазные границы. 2010;12 (2): 143-148. Режим доступа: https://elibrary.ru/item. asp?id=15176048
18. Jalani N. H., Dunn K., Datta R. Synthesis and characterization of Nafion(R)-MO2 (M = Zr, Si, Ti) nanocomposite membranes for higher temperature PEM fuel cells. Electrochimica Acta. 2005;51(3): 553560. https://doi.org/10.1016Zj.electacta.2005.05.016
19. Miyake N., Wainright J. S., Savinell R. F. Evaluation of a sol-gel derived nafion/silica hybrid membrane for polymer electrolyte membrane fuel cell applications: II. Methanol uptake and methanol permeability. Journal of The Electrochemical Society. 2001;148(8): 905. https://doi.org/10.1149/1.1383072
20. Balster J.H. Membrane module and process development for monopolar and bipolar membrane electrodialysis. Zutphen: Wöhrmann Print Service, 2006. 213 p.
21. Kozaderova O. A. Electrochemical characterization of an MB-2 bipolar membrane modified by nanosized chromium(III) hydroxide. Nanotechnologies in Russia. 2018;13(9-10): 508-515. https://doi. org/10.1134/S1995078018050075
22. Sa^ A., Gatto I., Carbone A., Pedicini R., Passalacqua E. ZrO2-Nafion composite membranes for polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) at intermediate temperature. Journal of Power Sources. 2006;163(1) : 47-51. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.12.062
23. Niepceron F., Lafitte B., Galiano H., Bigarré J., Nicol E., Tassin J.-F. Composite fuel cell membranes based on an inert polymer matrix and proton-conducting hybrid silica particles. Journal of Membrane Science. 2009;338(1-2): 100-110. https://doi. org/10.1016/j.memsci.2009.04.022
24. Novikova S., Safronova E., Lysova A., Yaro-slavtsev A. Influence of incorporated nanoparticles on the ionic conductivity of MF-4SC membrane. Mendeleev Commun. 2010;20(3): 156-157. https://doi. org/10.1016/j.mencom.2010.05.011
25. Safronova E. Yu., Volkov V. I., Yaroslavtsev A. B. Ion mobility and conductivity of hybrid ion-exchange membranes incorporating inorganic nanoparticles. Solid State Ionics. 2011;188(1): 129-131. https://doi. org/10.1016/j.ssi.2010.12.006
26. Yaroslavtsev A. B., Safronova E. Yu., Lysova A. A., Novikova S. A., Stenina I. A.,Volkov V. I. Ion conductivity of hybrid ion exchange membranes incorporating nanoparticles. Desalination and Water Treatment. 2011;35(1-3): 202-208. https://doi. org/10.5004/dwt.2011.2489
27. Gerasimova E. V., Safronova E. Yu, Volodin A. A., Ukshe A. E., Dobrovolsky Yu A., Yaroslavtsev A. B. Electrocatalytic properties of the nanostructured electrodes and membranes in hydrogen-air fuel cells. Catalysis Today. 2012;193(1): 81-86. https://doi. org/10.1016/j.cattod.2012.06.018
28. Safronova E. Y., Prikhno I., Yurkov G., Yaroslavtsev A. Nanocomposite membrane materials based on nafion and cesium acid salt of phosphotungstic heteropolyacid. Chemical Engineering Transactions. 2015;43: 679-684. https://doi.org/ 10.3303/ CET1543114
29. Gerasimova E, Safronova E., Ukshe A., Dobrovolsky Yu., Yaroslavtsev A. Electrocatalytic and transport properties of hybrid Nafion® membranes doped with silica and cesium acid salt of phosphotungstic acid in hydrogen fuel cells. Chemical Engineering Journal. 2016;305: 121-128. https://doi.org/10.10Wj. cej.2015.11.079
30. Yaroslavtsev A. B. Correlation between the properties of hybrid ion-exchange membranes and the nature and dimensions of dopant particles. Nanotechnologies Russ. 2012; 7 (9-10): 437-451. https://doi. org/10.1134/S1995078012050175
31. Perepelkina A. I., Safronova E. Yu., Shali-mov A. S., Yaroslavtsev A. B. Hybrid materials based on MF-4SK membranes modified with silicon carbide and carbon nanotubes. Petroleum Chemistry. 2012;52(7): 475-479. https://doi.org/10.1134/S0965544112070109
32. Lai C. Y., Groth A, Gray S., Duke M. Nanocom-posites for improved physical durability of porous. Membranes. 2014;4 (57-58): 56-66. https://doi. org/10.3390/membranes4010055
33. Pramono E., Alfiansyah R., Ahdiat M., Wahyu-ningrum D., Radiman C. L. Hydrophilic poly(vinylidene fluoride)/bentonite hybrid membranes for microfiltration of dyes. Materials Research Express.2019;6(10): 105376. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab42e9
34. Pagidi A., Lukka Thuyavan Y., Arthanareeswaran G., Ismail A. F., Jaafar J., Paul D. Polymeric membrane modification using SPEEK and bentonite for ultrafiltration of dairy wastewater. Journal of Applied Polymer Science. 2015;132(21): https://doi. org/10.1002/app.41651
35. Yaghoubi Z., & Basiri-Parsa J. Modification of ultrafiltration membrane by thermo-responsive Ben-tonite-poly(N-isopropylacrylamide) nanocomposite to improve its antifouling properties. Journal of Water Process Engineering. 2020;34: 101067. https://doi. org/10.1016/j.jwpe.2019.101067
36. Hebbar R. S., Isloor A. M., Prabhu B., Inamud-din, Asiri A. M., Ismail A. F. Removal of metal ions and humic acids through polyetherimide membrane with grafted bentonite clay. Scientific Reports. 2018;8(1)1665. https://doi.org/10.1038/s41598-018-22837-1
37. Pourzare K., Mansourpanah Y., Farhadi S. Advanced nanocomposite membranes for fuel cell applications: a comprehensive review. Biofuel Research Journal. 2016;3(4): 496-513. https://doi.org/10.18331/ BRJ2016.3.4.4
38. Zhang X. Porous organic-inorganic hybrid electrolytes for high-temperature proton exchange
О. А. Козадерова и др. Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
membrane fuel cells. Journal of The Electrochemical Society. 2007;154(3): 322-326. https://doi. org/10.1149/1.2429045
39. Lixon Buquet C., Fatyeyeva K., Poncin-Epail-lard F., Schaetzel P., Dargent E., Langevin D., Nguyen 0. T., Marais S. New hybrid membranes for fuel cells: plasma treated laponite based sulfonated poly-sulfone. Journal of Membrane Science. 2010;351(1-2): 1-10. https://doi.org/ 10.1016/j.memsci.2010.01.020
40. Fu T., Cui Z., Zhong S., Shi Y., Zhao C., Zhang G., Shao K., Na H., Xing W. Sulfonated poly(ether ether ketone)/clay-SO3H hybrid proton exchange membranes for direct methanol fuel cells. Journal of Power Sources. 2008;185(1): 32-39. https://doi. org/10.1016/j.jpowsour.2008.07.004
41. Peighambardoust S. J., Rowshanzamir S., Am-jadi M. Review of the proton exchange membranes for fuel cell applications. International Journal of Hydrogen Energy. 2010;35(17): 9349-9384. https://doi. org/10.1016/j.ijhydene.2010.05.017
42. Lee S. K., Mogi G., Li Z., Hui K. S., Lee S. K., Hui K. N, Park S. Y., Ha Y. J., Kim J. W. Measuring the relative efficiency of hydrogen energy technologies for implementing the hydrogen economy: An integrated fuzzy AHP/DEA approach. International Journal of Hydrogen Energy. 2011;36(20): 12655-12663. https:// doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.06.135
43. Kakati B. K., Mohan V. Development of low-cost advanced composite bipolar Plate for proton exchange membrane fuel cell. Fuel Cells. 2008;8(1): 45-51. https://doi.org/10.1002/fuce.200700008
44. Наседкин В. В., Демиденок К. В., Боева Н. М., Белоусов П. Е., Васильев А. Л. Органоглины. производство и основные направления использования. Актуальные инновационные исследования: наука и практика. 2012;3: 1-19. Режим доступа: https:// elibrary.ru/item.asp?id=18203393
45. Zakil F. A., Kamarudin S. K., Basri S. Modified Nafion membranes for direct alcohol fuel cells: An overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016;65: 841-852. https://doi.org/10.1016/j. rser.2016.07.040
46. Jung D. H., Chao S. Y., peck D. H., Kim J. S. Preparation and performance of a Nafion/montmoril-lonite nanocomposite membrane for direct methanol fuel cell. Journal of Power Sources. 2003;118(1-2): 205-21 1. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(03)00095-8
47. Zaidi S., Fadhillah F., Saleem H., Hawari A., Benamor A. Organically modified nanoclay filled thin-film nanocomposite membranes for reverse osmosis application. Materials. 2019;12 (22): 3803. https://doi. org/10.3390/ma12223803
48. Mohamed Amin M. A., Goh P. S., Ismail A. F. Effect of organoclay on the performance of reverse osmosis membrane. Journal of Membrane Science and
Research. 2020;6(1): 13-19. https://doi.org/ 10.22079/ JMSR.2019.112286.1279
49. Caprarescu S., Ianchis R., Radu A.-L., Sar-bu A., Somoghi R., Trica B., Alexandrescu E., Spata-ru C.-I., Fierascu R.C., Ion-Ebrasu D., Preda S., Atanase L.-I., Donescu D. Synthesis, characterization and efficiency of new organically modified montmo-rillonite polyethersulfone membranes for removal of zinc ions from wastewasters. Applied Clay Science. 2017;137(1): 135-142. https://doi.org/10.10Wj. clay.2016.12.013
50. Hosseini S. M., Seidypoor A., Nemati M., Madaeni S. S., Parvizianand F., Salehi E. Mixed matrix heterogeneous cation exchange membrane filled with clay nanoparticles: membranes' fabrication and characterization in desalination process. Journal of Water Reuse and Desalination. 2016;6(2): 290-300. https:// doi.org/10.2166/wrd.2015.064
51. Radmanesh F., Rijnaarts T., Moheb A., Sade-ghi M., de Vos W. M. Enhanced selectivity and performance of heterogeneous cation exchange membranes through addition of sulfonated and protonated. Mont-morillonite. Journal of Colloid and Interface Science. 2019;553(1): 658-670. https://doi.org/10.10Wj. jcis.2018.08.100
52. Peng F., Peng S., Huang C., Xu T. Modifying bipolar membranes with palygorskite and FeCl3. Journal of Membrane Science. 2008; 322(21): 122-127 https://doi.org/10.10Wj.memsci.2008.05.027
53. Белоусов П. Е., Крупская В. В. Бентонитовые глины России и стран ближнего зарубежья. Георесурсы. 2013;21(3): 79-90. https://doi.org/10.18599/ grs.2019.3.79-90
54. Боева Н. М., Бочарникова Ю. И., Наседкин В. В., Белоусов П. Е., Демиденок К. В. Термический анализ - экспресс-метод оценки качественных и количественных характеристик природных и синтезированных органоглин. Российские нано-технологии. 2013;8 (3-4): 54-57. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=18913093
55. Каталог продукции ОАО «Щекиноазот». Режим доступа: http://www.azotom.ru/ monopolyarnye-membrany/
56. Отдел политетрафторэтилена и перфтори-рованных ионообменных мембран. Режим доступа: http://www.plastpolymer.com/structure/otdel-politetraftorjetilena-i-perftorirovannyh-ionoobmennyh-membran/
57. Zabolotskii V., Sheldeshov N., Melnikov S. Effect of cation-exchange layer thickness on electrochemical and transport characteristics of bipolar membranes. Journal of Applied Electrochemistry. 2013;43(11): 1117-1129. https://doi.org/10.1007/ s10800-013-0560-3
58. Свойства мембран. Режим доступа: http:// www.ralex.eu/Membrany/Uvod.aspx
О. А. Козадерова и др. Электродиализ раствора сульфата натрия с экспериментальными...
59. Hanada F., Hirayama K., Ohmura N., Tanaka S. Bipolar membrane and method for its production. US Patent. 1993. 5, 221,455.
60. Fu R. Q., Xu T. W., Cheng Y. Y., Yang W. H., Pan Z. X. Fundamental studies on the intermediate layer of a bipolar membrane. III. Effect of starburst dendrimer (PAMAM) on water dissociation at the interface of a bipolar membrane. Journal of Membrane Science. 2004;240(1): 141-147. https://doi. org/10.1016/j.memsci.2004.05.002
61. Kang M. S., Choi Y. J., Lee H. J., Moon S. H. Effects of inorganic substances onwatersplitting in ion-exchangemembranes. I. Electrochemical characteristics of ion exchange membranescoated with iron hydroxide/oxide and silica sol. Journal of Colloid and Interface Science. 2004;273(2): 523-532. https:// doi.org/10.1016/j.jcis.2004.01.050
Информация об авторах
Козадерова Ольга Анатольевна, д. х. н., профессор кафедры неорганической химии и химической технологии Воронежского государственного университета инженерных технологий, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: kozaderova-olga@ mail.ru. ORCID iD: https://orcid.org/0000-0002-8135-5801.
Ким Ксения Борисовна, к. х. н., доцент кафедры неорганической химии и химической технологии, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected]. ORCID iD: https://orcid.org/0000-0001-5564-8267.
Белоусов Петр Евгеньевич, к. г.-м. н., с. н. с., Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва, Российская Федерация; e-mail: [email protected]. ORCID iD: https://orcid.org/0000-0002-2657-5828.
Тимкова Анна Васильевна, аспирант кафедры неорганической химии и химической технологии, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected]. ORCID iD: https://orcid.org/0000-0003-0630-2993
Нифталиев СабухиИлич оглы, д. х. н., профессор, заведующий кафедрой неорганической химии и химической технологии, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: sabukhi@ gmail.com. ORCID iD: https://orcid.org/0000-0001-7887-3061.
Поступила в редакцию 14.07.2021; одобрена после рецензирования 16.09.2021; принята к публикации 15.11.2021; опубликована онлайн 25.12.2021.
