Композитная катионообменная мембрана на основе подложки из поливинилденфторида, заполненной перфторированным сульфосодержащим полимером

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Композитная катионообменная мембрана изготовлена методом заполнения инертной изотропной подложки с трехмерной структурой из нановолокон перфторированным сульфированным полимером. Морфология поверхности и ее структура изучена методом растровой электронной микроскопии. В растворах NaCl определены толщина, обменная емкость, влагосодержание, объемные доли гелевой фазы, концентрационные зависимости удельной электропроводности, диффузионной проницаемости и чисел переноса противоиона мембран. Аналогичные характеристики получены для коммерческой армированной мембраны Nafion® N438. Показано, что разработанная мембрана демонстрирует более высокую селективность по сравнению с коммерческой мембраной. Кроме того, разработанная мембрана имеет низкое электрическое сопротивление, а ее изготовление требует меньшего количества перфторированного сульфированного полимера. Совокупность этих факторов свидетельствует о перспективности разработанной отечественной мембраны и ее потенциальной конкурентоспособности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Пономарь

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Email: vsarapulova@gmail.com
Россия, Краснодар, 350040

М. В. Порожный

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Email: vsarapulova@gmail.com
Россия, Краснодар, 350040

В. В. Сарапулова

ФГБОУ ВО “Кубанский государственный университет”

Автор, ответственный за переписку.
Email: vsarapulova@gmail.com
Россия, Краснодар, 350040

Е. С. Коржова

ООО “Краснодарский компрессорный завод”

Email: vsarapulova@gmail.com
Россия, ст-ца Динская, Краснодарский край, 353204

Д. С. Лопатин

ООО “Краснодарский компрессорный завод”

Email: vsarapulova@gmail.com
Россия, ст-ца Динская, Краснодарский край, 353204

И. В. Ворошилов

ООО “Краснодарский компрессорный завод”

Email: vsarapulova@gmail.com
Россия, ст-ца Динская, Краснодарский край, 353204

Список литературы

  1. Filippov S.P., Yaroslavtsev A.B. // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. № 6. P. 627–643.
  2. Sengupta S., Lyulin A.V. // J. Phys. Chem. B. 2019. V. 123. № 31. P. 6882–6891.
  3. Cognard G., Ozouf G., Beauger C., Dubau L., López-Haro M., Chatenet M., Maillard F. // Electrochim. Acta. 2017. V. 245. P. 993–1004.
  4. Yampolskii Y.P., Belov N.A., Alentiev A.Y. // Russ. Chem. Rev. 2019. V. 88. № 4. P. 387–405.
  5. Stenina I.A., Yaroslavtsev A.B. // Pure Appl. Chem. 2017. V. 89. № 8. P. 1185–1194.
  6. Vinothkannan M., Son B., Shanmugam S. // J. Mater. Chem. A. 2022. V. 10. № 16. P. 8975–8988.
  7. Baker A.M., Wang L., Johnson W.B., Prasad A.K., Advani S.G. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. № 46. P. 26796–26802.
  8. Vinothkannan M., Kim A.R., Ryu S.K., Yoo D.J. // J. Memb. Sci. 2022. V. 649. P. 120393.
  9. Vinothkannan M., Kim A.R., Ramakrishnan S., Yu Y.-T., Yoo D.J. // Compos. Part B Eng. 2021. V. 215. P. 108828.
  10. 10. Grot W. Fluorinated Ionomers. Waltham: Elsevier Inc., 2011. 312 p.
  11. Liu Y., Nguyen T., Kristian N., Yu Y., Wang X. // J. Memb. Sci. 2009. V. 330. № 1–2. P. 357–362.
  12. Wu B., Zhao M., Shi W., Liu W., Liu J., Xing D., Yao Y., Hou Z., Ming P., Gu J., Zou Z. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 26. P. 14381–14390.
  13. Kusoglu A., Weber A.Z. // Chem. Rev. 2017. V. 117. № 3. P. 987–1104.
  14. Shi S., Weber A.Z., Kusoglu A. // J. Memb. Sci. 2016. V. 516. P. 123–134.
  15. Mukundan R., Baker A.M., Kusoglu A., Beattie P., Knights S., Weber A.Z., Borup R.L. // J. Electrochem. Soc. 2018. V. 165. № 6. P. F3085–F3093.
  16. Robert M., El Kaddouri A., Perrin J.-C., Leclerc S., Lottin O. // J. Electrochem. Soc. 2018. V. 165. № 6. P. F3209–F3216.
  17. Zhang X., Trieu D., Zheng D., Ji W., Qu H., Ding T., Qiu D., Qu D. // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. № 30. P. 11086–11094.
  18. Lin Q., Sun X., Chen X., Shi S. // Fuel Cells. 2019. V. 19. № 5. P. 530–538.
  19. Zhang H., Shen P.K. // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41. № 6. P. 2382.
  20. Dorenbos G., Morohoshi K. // Energy Environ. Sci. 2010. V. 3. № 9. P. 1326.
  21. Yildirim M.H., Stamatialis D., Wessling M. // J. Memb. Sci. 2008. V. 321. № 2. P. 364–372.
  22. Jagur‐Grodzinski J. // Polym. Adv. Technol. 2007. V. 18. № 10. P. 785–799.
  23. Ji Y.-L., Lu H.-H., Gu B.-X., Ye R.-F., Zhou Y., An Q.-F., Gao C.-J. // Chem. Eng. J. 2021. V. 416. P. 129080.
  24. Mollá S., Compañ V., Gimenez E., Blazquez A., Urdanpilleta I. // Int. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. № 16. P. 9886–9895.
  25. Saleem J., Gao P., Barford J., McKay G. // J. Mater. Chem. A. 2013. V. 1. № 45. P. 14335.
  26. Zhang C., Yue X., Luan J., Lu N., Mu Y., Zhang S., Wang G. // ACS Appl. Energy Mater. 2020. V. 3. № 7. P. 7180–7190.
  27. Hu H., Ding F., Ding H., Liu J., Xiao M., Meng Y., Sun L. // Adv. Compos. Hybrid Mater. 2020. V. 3. № 4. P. 498–507.
  28. Cha J.-E., Cho W.J., Hwang J., Seo D.-J., Choi Y.-W., Kim W.B. // Sci. Rep. 2022. V. 12. № 1. P. 14001.
  29. Miyake J., Watanabe T., Shintani H., Sugawara Y., Uchida M., Miyatake K. // ACS Mater. Au. 2021. V. 1. № 1. P. 81–88.
  30. Коржова Е.С., Лопатин Д.С., Баранов О.А., Ворошилов И.В. Пат. 231738 Протонообменная полимерная мембрана. Россия, 2024.
  31. Yesaswi C.S., Sreekanth P.S.R. // Mater. Today Proc. 2020. V. 27. P. 936–939.
  32. Березина Н.П., Тимофеев С.В., Ролле А.Л., Федорович Н.В., Дюран-Видаль С. // Электрохимия. 2002. Т. 38. № 8. С. 1009–1015.
  33. Gloukhovski R., Tsur Y., Freger V. // Fuel Cells. 2017. V. 17. № 1. P. 56–66.
  34. Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P. // Adv. Colloid Interface Sci. 2008. V. 139. № 1–2. P. 3–28.
  35. Карпенко Л.В., Демина О.А., Дворкина Г.А., Паршиков С.Б., Ларше К., Оклер Б., Березина Н.П. // Электрохимия. 2001. Т. 37. № 3. С. 328–335.
  36. Pismenskaya N.D., Nevakshenova E.E., Nikonenko V. V. // Pet. Chem. 2018. V. 58. № 6. P. 465–473.
  37. Zabolotsky V.I., Nikonenko V.V. // J. Memb. Sci. 1993. V. 79. № 2–3. P. 181–198.
  38. Sarapulova V., Shkorkina I., Mareev S., Pismenskaya D., Kononenko N., Larchet C., Dammak L., Nikonenko V. // Membranes (Basel). 2019. V. 9. № 7. P. 84.
  39. Sarapulova V.V., Titorova V.D., Nikonenko V.V., Pismenskaya N.D. // Membr. Membr. Technol. 2019. V. 1. № 3. P. 168–182.
  40. Butylskii D., Moroz I., Tsygurina K., Mareev S. // Membranes (Basel). 2020. V. 10. № 3. P. 40.
  41. Sarapulova V., Pismenskaya N., Butylskii D., Titorova V., Wang Y., Xu T., Zhang Y., Nikonenko V. // Membranes (Basel). 2020. V. 10. № 8. P. 165.
  42. Larchet C., Auclair B., Nikonenko V. // Electrochim. Acta. 2004. V. 49. № 11. P. 1711–1717.
  43. Stenina I., Golubenko D., Nikonenko V., Yaroslavtsev A. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 15. P. 5517.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изображения поверхностей и среза мембран М1 (а, б) и N438 (в, г), полученные методом оптической микроскопии (а, в) и с помощью растрового электронного микроскопа (б, г). На вставке к рисунку б представлено изображение ПВДФ подложки.

Скачать (470KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентрационные зависимости поверхностного сопротивления Rm (а) и диффузионного потока электролита Js (б) мембран М1 и Nafion® N438.

Скачать (139KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Концентрационные зависимости удельной электропроводности (а) и интегрального коэффициента диффузионной проницаемости (б) мембран М1 и Nafion® N438.

Скачать (136KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Концентрационные зависимости чисел переноса противоиона для мембраны М1 и мембраны Nafion® N438.

Скачать (84KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025