Email this article Counterion Transference Numbers in the Cell Model of a Charged Membrane
- Authors: Filippov A.N.1
-
Affiliations:
- Gubkin University
- Issue: Vol 13, No 5 (2023)
- Pages: 393-401
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/2218-1172/article/view/140993
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2218117223050036
- EDN: https://elibrary.ru/HGYMPA
- ID: 140993
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription Access
Abstract
The paper suggests exact formulae for calculating the electromigration, diffusion and convective numbers of counterion transport in the cell model of a charged membrane depending on the physicochemical parameters and the equilibrium concentration of the electrolyte. The cell model was previously developed to calculate all the kinetic coefficients of the Onsager matrix and the asymmetry of the cross coefficients was established. The limiting case of an ideally selective membrane is studied in detail, for which approximate formulae for transference numbers are obtained. The obtained dependences are illustrated by graphs using the example of the MK-40 cation-exchange membrane after conditioning at room temperature. The proposed method for calculating the transference numbers is applicable to any single-layer membranes in binary electrolyte solutions.
Keywords
About the authors
A. N. Filippov
Gubkin University
Author for correspondence.
Email: filippov.a@gubkin.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky Prospect, 65, building 1
References
- Березина Н.П. Электрохимия мембранных систем. Краснодар: Кубан. гос. ун-т, 2009.
- Акберова Э.М. Структурно-обусловленные эффекты термохимической модификации гетерогенных ионообменных мембран. Дис. … канд. хим. наук. Воронеж. гос. ун-т, 2015.
- Кононенко Н.А., Демина О.А., Лоза Н.В., Фалина И.В., Шкирская С.А. Мембранная электрохимия: лабораторный практикум. Краснодар: Кубанский гос. ун-т, 2015.
- Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах. М.: Наука, 1996.
- Фалина И.В. Система характеризации ионообменных материалов с использованием модельных подходов. Автореферат дис. … д-ра хим. наук. Кубан. гос. ун-т, 2020.
- Filippov A.N. A Cell Model of an Ion-Exchange Membrane. Hydrodynamic Permeability // Colloid J. 2018. V. 80. P. 716.
- Filippov A.N., Kononenko N.A., Loza N.V., Kopitsyn D.S., Petrova D.A. Modelling of transport properties of perfluorinated one- and bilayer membranes modified by polyaniline decorated clay nanotubes // Electrochimica Acta. 2021. V. 389. Article 138768.
- Filippov A.N., Shkirskaya S.A. Approbation of the Cell Model of a Cation-Exchange Membrane on 1:1 Electrolytes // Membranes and Membrane Technologies. 2019. V. 1. P. 278.
- Filippov A., Shkirskaya S. Theoretical and Experimental Study of Joint Osmotic and Electroosmotic Water Transfer through a Cation-Exchange Membrane // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. Article 12778.
- ГОСТ 17552–72: Мембраны ионообменные. Методы определения полной и равновесной обменной емкости // https://docs.cntd.ru/document/ 1200018368
- Volfkovich Yu.M., Bagotzky V.S., Sosenkin V.E., Blinov I.A. The standard contact porosimetry // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2001. V. 187–188. P. 349.
- Filippov A.N., Safronova E.Yu., Yaroslavtsev A.B. Theoretical and experimental investigation of diffusion permeability of hybrid MF-4SC membranes with silica nanoparticles. J. Membr. Sci. 2014. V. 471. P. 110.
- Volkov V.I., Slesarenko N.A., Chernyak A.V., Avilova I.A., Tarasov V.P. Hydration and Mobility of Alkaline Metal Cations in Sulfonic Cation Exchange Membranes // Membranes. 2023. V. 13. Article 518.
- Filippov A.N. A Cell Model of the Ion-Exchange Membrane. Electrical Conductivity and Electroosmotic Permeability // Colloid J. 2018. V. 80. P. 728.
- Filippov A.N. A Cell Model of an Ion-Exchange Membrane. Electrodiffusion Coefficient and Diffusion Permeability // Colloid J. 2021. V. 83. P. 387.
- Filippov A.N. A Cell Model of an Ion-Exchange Membrane. Capillary-Osmosis and Reverse-Osmosis Coefficients // Colloid J. 2022. V. 84. P. 332.
- Филиппов А.Н. Диссимметрия кинетических коэффициентов в ячеечной модели заряженного пористого слоя (мембраны) // Пермские гидродинамические научные чтения. Сб. статей по материалам VIII Всероссийской конференции. Пермь: ПГНИУ, 2022. С. 26.
- Васильева В.И., Акберова Э.М., Демина О.А., Кононенко Н.А., Малыхин М.Д. Влияние термохимического воздействия на электропроводность и механизм прохождения тока в сульфокатионитовой мембране МК-40 // Электрохимия. 2015. Т. 51. С. 711.
- Васильева В.И., Письменская Н.Д., Акберова Э.М., Небавская К.А. Влияние термохимического воздействия на морфологию и степень гидрофобности гетерогенных ионообменных мембран // Журн. физ. хим. 2014. Т. 88. С. 1114.
- Карпенко Л.В., Демина О.А., Дворкина Г.А., Паршиков С.Б., Ларше К., Оклер Б., Березина Н.П. Сравнительное изучение методов определения удельной электропроводности ионообменных мембран // Электрохимия. 2001. Т. 37. С. 328.
- Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. Т. 2. М.: Изд-во иностр. лит., 1962.
- Pismenskaya N., Sarapulova V., Nevakshenova E., Kononenko N., Fomenko N., Nikonenko V. Concentration Dependencies of Diffusion Permeability of Anion-Exchange Membranes in Sodium Hydrogen Carbonate, Monosodium Phosphate, and Potassium Hydrogen Tartrate Solutions // Membranes. 2019. V. 9. Article 170.
- Onsager L. Reciprocal Relations in Irreversible Processes I. Physical Review. 1931. V. 37. P. 405.
- Мамедов М.М. Феноменологический вывод соотношений взаимности Онзагера // Письма в Журн. Технической Физики. 2003. Т. 29. Вып. 16. С. 39.
- Mareev S., Gorobchenko A., Ivanov D., Anokhin D., Nikonenko V. Ion and Water Transport in Ion-Exchange Membranes for Power Generation Systems: Guidelines for Modeling // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. Article 34.
Supplementary files
