我们演示了使用离子交换膜 (CEM) 和离子交换膜 (AEM) 发电的逆向电透析设备的制造。
反向电透析 (RED) 是一种有效的方法,使用离子交换膜 (CEM) 和离子交换膜 (AEM) 将水中的两种不同的盐浓度混合在水中。RED 堆栈由离子交换膜和离子交换膜的交替排列组成。RED 设备是满足未来能源危机普遍需求的潜在候选设备。在这里,在本文中,我们演示了使用实验室规模的 CEM 和 AEM 制造反向电透析设备用于发电的程序。离子交换膜的活性面积为49厘米2。在本文中,我们提供了一个合成膜的分步程序,然后是堆栈的组装和功率测量。还解释了测量条件和净功率输出计算。此外,我们描述了为获得可靠结果而考虑的基本参数。我们还提供一个理论参数,影响与膜和饲料溶液相关的整体细胞性能。简言之,这个实验描述了如何在同一平台上组装和测量红细胞。它还包含使用 CEM 和 AEM 膜估算 RED 堆栈净功率输出的工作原理和计算。
从自然资源中获取能源是一种经济的方法,是环保的,从而使我们的星球绿色和清洁。到目前为止,已经提出了几个提取能量的过程,但反向电透析(RED)具有巨大的潜力来克服能源危机问题1。逆向电透析发电是全球能源脱碳的技术突破。顾名思义,RED是一个反向过程,其中备用细胞室充满了高浓度盐溶液和低浓缩盐溶液2。从隔间末端的电极收集的离子交换膜上的盐浓度差产生的化学潜力。
自2000年以来,发表了许多研究文章,从理论和实验上深入了解了红色3、4。对应力条件下的操作条件和可靠性研究进行系统研究,改进了堆栈结构,提高了整体单元格性能。一些研究小组已经将注意力转移到RED的混合应用上,如红与海水淡化工艺5,红色与太阳能6,红色与反渗透(RO)过程5,RED与微生物燃料电池7,红色与辐射冷却过程8。如前所述,在实施RED的混合应用以解决能源和清洁水问题方面有很大的空间。
采用了几种方法来提高红细胞的性能和膜的离子交换能力。使用硫酸组(-SO3H)、磷酸组(-PO3H2)和碳酸组(-COOH)定制不同类型的离子的cation交换膜是改变膜物理化学特性的有效方法之一。离子交换膜是用铵组 ()9量身定做的。AEM 和 CEM 的高离子电导率而不降低膜的机械强度,是选择合适的膜进行设备应用的关键参数。应力条件下的坚固膜为膜提供机械稳定性,并增强设备的耐久性。在这里,高性能独立硫化聚(乙醚醚酮)(sPEEK)作为cation交换膜与FAA-3作为离子交换膜的独特组合用于红色应用。 图1 显示了实验过程的流程图。
图1: 程序图。 流程图介绍了离子交换膜制备的程序,然后是反向电透析测量过程。 请单击此处查看此图的较大版本。
RED 的工作原理主要由膜的物理化学特性主导,这是 RED 系统的重要组成部分, 如图 3所示。在这里,我们描述了膜的基本特征,以提供高性能的红色系统。膜的特异性离子渗透性使其通过聚合物纳米通道传递一种离子。顾名思义,CEM 可以将离子从一侧传递到另一侧并限制离子,而 AEM 可以传递 anion 并限制离子。如图 2所示,所有膜都被塑造成红色堆栈?…
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了韩国国家研究基金会(NRF)资助的支持,该赠款由韩国政府资助(MEST)( No.NRF-2017R1A2A2A05001329)。手稿的作者感谢大韩民国汉城的索冈大学。
AEM based membrane | Fumion | P1810-194 | Ionomer |
CEM based membrane | Fumion | E550 | Ionomer |
Digital torque wrench | Torqueworld | WP2-030-09000251 | wrench |
Labview software | Natiaonal Instrument | – | Software |
Laptop | LG | – | PC |
Magnetic stirrer | Lab Companion | – | MS-17BB |
N, N-Dimethylacetamide | Sigma aldrich | 271012 | Chemical |
N-Methyl-2- pyrrolidone | Daejung | 872-50-4 | Chemical |
Peristaltic pump | EMS tech Inc | – | EMP 2000W |
Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate | Sigma aldrich | P3289 | Chemical |
Potassium hexacyanoferrate(III) | Sigma aldrich | 244023 | Chemical |
Pressure Gauge | Swagelok | – | Guage |
Reverse electrodialysis setup | fabricated in lab | – | Device |
RO system pure water | KOTITI | – | Water |
Rotary evaporator | Hitachi | YEFO-KTPM | Induction motor |
Sodium Chloride | Sigma aldrich | S9888 | Chemical |
Sodium Hydroxide | Merk | 1310-73-2 | Chemical |
Source meter | Keithley | – | 2410 |
Spacer | Nitex, SEFAR | 06-250/34 | Spacer |
Sulfuric acid | Daejung | 7664-93-9 | Chemical |
Tube | Masterflex tube | 96410-25 | Rubber tube |