Name: ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device
Uploaded: 2021-07-20T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device at JoVE.com

وقد تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) منحة ممولة من الحكومة الكورية (MEST) (رقم. NRF-2017R1A2A2A05001329). إن مؤلفي المخطوطة ممتنون لجامعة سوغانغ، سيول، جمهورية كوريا.

1. شرط تجريبي
<ol><li>شراء البوليمر الأيونات التبادل، E-550 سلفونات-PEEK ألياف البوليمر لإعداد CEM و FAA-3 لإعداد AEM. تأكد من تخزين جميع البوليمرات الأيونومية في بيئة نظيفة وجافة وخالية من الغبار قبل الاستخدام.</li>
	<li>استخدام المذيبات عالية النقاء (>99٪)، بما في ذلك N-ميثيل-2- بيروليدون مع الوزن الجزيئي 99.1...

<ol>
	<li>Dlugolecki, P., Gambier, A., Nijmeijer, K., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practical+potential+of+reverse+electrodialysis+as+process+for+sustainable+energy+generation.">Practical potential of reverse electrodialysis as process for sustainable energy generation.</a> Environmental Science &amp; Technology. 43, 6888-6894 (2009).</li><li>Kim, D., Kwon, K., Kim, D. H., Li, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Energy Generation Using Reverse Electrodialysis: Principles, Implementation, and Applications. , (2019).</li><li>Mei, Y., Tang, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+and+future+perspectives+of+reverse+electrodialysis+technology:+A+review.">Recent developments and future perspectives of reverse electrodialysis technology: A review.</a> Desalination. 425, 156-174 (2018).</li><li>Yip, N. Y., Brogioli, D., Hamelers, H. V. M., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salinity+gradients+for+sustainable+energy:+primer,+progress,+and+prospects.">Salinity gradients for sustainable energy: primer, progress, and prospects.</a> Environmental Science &amp; Technology. 50, 12072-12094 (2016).</li><li>Li, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+hybrid+process+of+reverse+electrodialysis+and+reverse+osmosis+for+low+energy+seawater+desalination+and+brine+management.">A novel hybrid process of reverse electrodialysis and reverse osmosis for low energy seawater desalination and brine management.</a> Applied Energy. 104, 592-602 (2013).</li><li>Brauns, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salinity+gradient+power+by+reverse+electrodialysis:+effect+of+model+parameters+on+electrical+power+output.">Salinity gradient power by reverse electrodialysis: effect of model parameters on electrical power output.</a> Desalination. 237, 378-391 (2009).</li><li>Cusick, R. D., Kim, Y., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+capture+from+thermolytic+solutions+in+microbial+reverse-electrodialysis+cells.">Energy capture from thermolytic solutions in microbial reverse-electrodialysis cells.</a> Science. 335, 1474-1477 (2012).</li><li>Kim, D. H., Park, B. H., Kwon, K., Li, L., Kim, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+of+power+generation+with+thermolytic+reverse+electrodialysis+for+low-grade+waste+heat+recovery.">Modeling of power generation with thermolytic reverse electrodialysis for low-grade waste heat recovery.</a> Applied Energy. 189, 201-210 (2017).</li><li>Hong, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+ion+exchange+membranes+and+system+performance+in+reverse+electrodialysis+for+power+generation:+A+review.">Potential ion exchange membranes and system performance in reverse electrodialysis for power generation: A review.</a> Journal of Membrane Science. 486, 71-88 (2015).</li><li>Choi, S. -. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+fuel+crossover+in+open+electrochemical+cells+by+tuning+the+water+nanochannel+for+power+generation.">Controlling fuel crossover in open electrochemical cells by tuning the water nanochannel for power generation.</a> ACS Sustainable Chemistry &amp; Engineering. 8, 8613-8623 (2020).</li><li>Shah, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+single-wall+carbon+nanotube+for+reducing+fouling+in+perfluorinated+membrane-based+reverse+electrodialysis.">Modified single-wall carbon nanotube for reducing fouling in perfluorinated membrane-based reverse electrodialysis.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 45, 30703-30719 (2020).</li><li>Kwon, K., Han, J., Park, B. H., Shin, Y., Kim, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brine+recovery+using+reverse+electrodialysis+in+membrane-based+desalination+processes.">Brine recovery using reverse electrodialysis in membrane-based desalination processes.</a> Desalination. 362, 1-10 (2015).</li><li>Kwon, K., Park, B. H., Kim, D. H., Kim, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parametric+study+of+reverse+electrodialysis+using+ammonium+bicarbonate+solution+for+low-grade+waste+heat+recovery.">Parametric study of reverse electrodialysis using ammonium bicarbonate solution for low-grade waste heat recovery.</a> Energy Conversion and Management. 103, 104-110 (2015).</li><li>Hatzell, M. C., Ivanov, I., Cusick, R. D., Zhu, X., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+hydrogen+production+and+electrical+power+generation+for+energy+capture+in+closed-loop+ammonium+bicarbonate+reverse+electrodialysis+systems.">Comparison of hydrogen production and electrical power generation for energy capture in closed-loop ammonium bicarbonate reverse electrodialysis systems.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 1632-1638 (2014).</li><li>Zhu, X. P., He, W. H., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reducing+pumping+energy+by+using+different+flow+rates+of+high+and+low+concentration+solutions+in+reverse+electrodialysis+cells.">Reducing pumping energy by using different flow rates of high and low concentration solutions in reverse electrodialysis cells.</a> Journal of Membrane Science. 486, 215-221 (2015).</li><li>Vermaas, D. A., Saakes, M., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Doubled+power+density+from+salinity+gradients+at+reduced+intermembrane+distance.">Doubled power density from salinity gradients at reduced intermembrane distance.</a> Environmental Science &amp; Technology. 45, 7089-7095 (2011).</li><li>Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., Harmsen, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reverse+electrodialysis:+Performance+of+a+stack+with+50+cells+on+the+mixing+of+sea+and+river+water.">Reverse electrodialysis: Performance of a stack with 50 cells on the mixing of sea and river water.</a> Journal of Membrane Science. 327, 136-144 (2009).</li><li>Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., Harmsen, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+power+from+sea+and+river+water+by+reverse+electrodialysis:+a+first+step+from+the+laboratory+to+a+real+power+plant.">Electrical power from sea and river water by reverse electrodialysis: a first step from the laboratory to a real power plant.</a> Environmental Science &amp; Technology. 44, 9207-9212 (2010).</li><li>Batchelor, C. K., Batchelor, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An Introduction to Fluid Dynamics. , (2000).</li><li>Schock, G., Miquel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+transfer+and+pressure+loss+in+spiral+wound+modules.">Mass transfer and pressure loss in spiral wound modules.</a> Desalination. 64, 339-352 (1987).</li><li>Da Costa, A. R., Fane, A. G., Wiley, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spacer+characterization+and+pressure+drop+modelling+in+spacer-filled+channels+for+ultrafiltration.">Spacer characterization and pressure drop modelling in spacer-filled channels for ultrafiltration.</a> Journal of Membrane Science. 87, 79-98 (1994).</li><li>Vermaas, D. A., Veerman, J., Saakes, M., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+multivalent+ions+on+renewable+energy+generation+in+reverse+electrodialysis.">Influence of multivalent ions on renewable energy generation in reverse electrodialysis.</a> Energy &amp; Environmental Science. 7, 1434-1445 (2014).</li><li>Vermaas, D. A., Saakes, M., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+mixing+in+the+diffusive+boundary+layer+for+energy+generation+in+reverse+electrodialysis.">Enhanced mixing in the diffusive boundary layer for energy generation in reverse electrodialysis.</a> Journal of Membrane Science. 453, 312-319 (2014).</li><li>Moreno, J., Grasman, S., van Engelen, R., Nijmeijer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upscaling+reverse+electrodialysis.">Upscaling reverse electrodialysis.</a> Environmental Science &amp; Technology. 52, 10856-10863 (2018).</li><li>Sarkar, S., SenGupta, A. K., Prakash, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+donnan+membrane+principle:+opportunities+for+sustainable+engineered+processes+and+materials.">The donnan membrane principle: opportunities for sustainable engineered processes and materials.</a> Environmental Science &amp; Technology. 44, 1161-1166 (2010).</li><li>Kim, H. -. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+power+density+of+reverse+electrodialysis+with+pore-filling+ion+exchange+membranes+and+a+high-open-area+spacer.">High power density of reverse electrodialysis with pore-filling ion exchange membranes and a high-open-area spacer.</a> Journal of Materials Chemistry A. 3, 16302-16306 (2015).</li><li>D&#322;ugo&#322;&#281;cki, P., Nymeijer, K., Metz, S., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+status+of+ion+exchange+membranes+for+power+generation+from+salinity+gradients.">Current status of ion exchange membranes for power generation from salinity gradients.</a> Journal of Membrane Science. 319, 214-222 (2008).</li><li>Geise, G. M., Curtis, A. J., Hatzell, M. C., Hickner, M. A., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salt+concentration+differences+alter+membrane+resistance+in+reverse+electrodialysis+stacks.">Salt concentration differences alter membrane resistance in reverse electrodialysis stacks.</a> Environmental Science &amp; Technology Letters. 1, 36-39 (2014).</li></ol>

ويهيمن أساسا على مبدأ العمل الأحمر من قبل خصائص الغشاء الفيزيائية الكيميائية، والتي هي جزء حاسم من النظام RED، كما هو موضح في الشكل 3. هنا، ونحن نصف الخصائص الأساسية للغشاء لتقديم نظام RED عالية الأداء. نفاذية الغشاء الأيونية المحددة تجعله يمرر نوعا واحدا من الأيونات من خلال ?...

إن حصاد الطاقة من الموارد الطبيعية هو أسلوب اقتصادي صديق للبيئة، مما يجعل كوكبنا أخضر ونظيفا. وقد اقترحت عدة عمليات حتى الآن لاستخراج الطاقة، ولكن عكس التحليل الكهربائي (RED) لديه إمكانات هائلة للتغلب على أزمة الطاقة القضية1. إنتاج الطاقة من التحليل الكهربائي العكسي هو طفرة تكنولوجية لإزالة الكربون من الطاقة العالمية. كما يوحي الاسم، RED هو عملية عكسية، حيث تمتلئ مقصورة الخلية البديلة بمحلول الملح عالي التركيز ومحلول الملح منخفض التركيز2. الإمكانات الكيميائية الناتجة عن فرق تركيز الملح عبر أغشية التبادل الأيوني ، التي تم جمعها من الأقطاب الكهربائية في نهاية المقصورة.
منذ عام 2000 ، وقد نشرت العديد من المقالات البحثية ، وتوفير نظرة ثاقبة RED نظريا وتجريبيا3،4. الدراسات المنهجية على ظروف التشغيل ودراسات الموثوقية في ظل ظروف الإجهاد تحسين بنية المكدس وتعزيز الأداء الكلي للخلية. حولت العديد من المجموعات البحثية انتباهها نحو تطبيق RED الهجين ، مثل RED مع عملية تحلية المياه5، RED مع الطاقة الشمسية6، RED مع عملية التناضح العكسي (RO)5، RED مع خلية الوقود الميكروبية7، وRED مع عملية التبريد الإشعاعي8. كما ذكر سابقا، هناك الكثير من المجال في تنفيذ تطبيق RED الهجين لحل مشكلة الطاقة والمياه النظيفة.
وقد اعتمدت عدة طرق لتعزيز أداء الخلية الحمراء وقدرة الغشاء على تبادل الأيونات. تكييف أغشية تبادل cation مع أنواع مختلفة من الأيونات باستخدام مجموعة حمض الكبريتيك (-SO3H)، مجموعة حمض الفوسفونيك (-PO3H2)،ومجموعة حمض كاربوكسيليك (-COOH) هي واحدة من الطرق الفعالة لتغيير الخصائص الفيزيائية الكيميائية للغشاء. صممت أغشية تبادل أنيون مع مجموعات الأمونيوم ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. الموصلية الأيونية العالية ل AEM و CEM دون تدهور القوة الميكانيكية للغشاء هي المعلمة الأساسية لاختيار غشاء مناسب لتطبيق الجهاز. يوفر الغشاء القوي في ظل ظروف الإجهاد الاستقرار الميكانيكي للغشاء ويعزز متانة الجهاز. هنا، يتم استخدام مزيج فريد من البولي السلفونات القائم بذاته عالي الأداء (إيثر إيثر كيتون) (sPEEK) كأغشية تبادل cation مع FAA-3 كأغشية تبادل الأنيون في تطبيق RED. ويبين الشكل 1 مخطط تدفق الإجراء التجريبي.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> الشكل 1: مخطط الإجراءات. يعرض مخطط التدفق الإجراء المعتمد لإعداد غشاء التبادل الأيوني متبوعا بعملية قياس التحليل الكهربائي العكسي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AEM based membrane</td>
			<td>Fumion</td>
			<td>P1810-194</td>
			<td>Ionomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CEM based membrane</td>
			<td>Fumion</td>
			<td>E550</td>
			<td>Ionomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital torque wrench</td>
			<td>Torqueworld</td>
			<td>WP2-030-09000251</td>
			<td>wrench</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Labview software</td>
			<td>Natiaonal Instrument</td>
			<td>-</td>
			<td>Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laptop</td>
			<td>LG</td>
			<td>-</td>
			<td>PC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirrer</td>
			<td>Lab Companion</td>
			<td>-</td>
			<td>MS-17BB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N, N-Dimethylacetamide</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>271012</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Methyl-2- pyrrolidone</td>
			<td>Daejung</td>
			<td>872-50-4</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristaltic pump</td>
			<td>EMS tech Inc</td>
			<td>-</td>
			<td>EMP 2000W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>P3289</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium hexacyanoferrate(III)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>244023</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure Gauge</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>-</td>
			<td>Guage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reverse electrodialysis setup</td>
			<td>fabricated in lab</td>
			<td>-</td>
			<td>Device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RO system pure water</td>
			<td>KOTITI</td>
			<td>-</td>
			<td>Water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary evaporator</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>YEFO-KTPM</td>
			<td>Induction motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>S9888</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide</td>
			<td>Merk</td>
			<td>1310-73-2</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Source meter</td>
			<td>Keithley</td>
			<td>-</td>
			<td>2410</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spacer</td>
			<td>Nitex, SEFAR</td>
			<td>06-250/34</td>
			<td>Spacer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid</td>
			<td>Daejung</td>
			<td>7664-93-9</td>
			<td>Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube</td>
			<td>Masterflex tube</td>
			<td>96410-25</td>
			<td>Rubber tube</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ion-exchange membranes for the fabrication of reverse electrodialysis device

التحليل الكهربائي العكسي (RED) هو وسيلة فعالة لتوليد الطاقة عن طريق خلط تركيزين مختلفين من الملح في الماء باستخدام أغشية تبادل التشجير (CEM) وأغشية تبادل الأيونات (AEM). يتكون المكدس الأحمر من ترتيب متناوب لغشاء تبادل cation وغشاء تبادل الأيونات. يعمل الجهاز RED كمرشح محتمل لتلبية الطلب العالمي على أزمات الطاقة في المستقبل. هنا، في هذه المقالة، ونحن نظهر إجراء لتصنيع جهاز التحليل الكهربائي العكسي باستخدام CEM على نطاق المختبر و AEM لإنتاج الطاقة. المنطقة النشطة من غشاء التبادل الأيوني هي 49 سم2. في هذه المقالة، ونحن نقدم إجراء خطوة بخطوة لتجميع الغشاء، تليها التجميع المكدس وقياس الطاقة. كما تم شرح شروط القياس وحساب صافي ناتج الطاقة. وعلاوة على ذلك، فإننا نصف المعايير الأساسية التي تؤخذ في الاعتبار من أجل الحصول على نتيجة موثوقة. كما نقدم معلمة نظرية تؤثر على الأداء الكلي للخلية فيما يتعلق بالغشاء ومحلول التغذية. باختصار، تصف هذه التجربة كيفية تجميع وقياس الخلايا الحمراء على نفس المنصة. كما يحتوي على مبدأ العمل والحساب المستخدم لتقدير صافي إنتاج الطاقة من المكدس الأحمر باستخدام أغشية CEM و AEM.

صافي إنتاج الطاقة تولد الخلية الحمراء بشكل عام طاقة كهربائية من تدرج الملوحة لمحلول الملح ، أي حركة الأيونات في الاتجاه المعاكس من خلال الغشاء. لتجميع المكدس الأحمر بشكل صحيح ، يحتاج المرء إلى محاذاة جميع الطبقات ، بما في ذلك الأقطاب الكهربائية والحشايا والأغشية والفواصل في ال...

Watch this Scientific Journal Video about Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device at JoVE.com

Ion-Exchange Membranes for the Fabrication of Reverse Electrodialysis Device

نحن نثبت تصنيع جهاز التحليل الكهربائي العكسي باستخدام غشاء تبادل cation (CEM) وغشاء تبادل أنيون (AEM) لتوليد الطاقة.

أغشية التبادل الأيوني لتصنيع جهاز التحليل الكهربائي العكسي

Reverse electrodialysis (RED) is an effective way to generate power by mixing two different salt concentrations in water using cation-exchange membranes ...

هذا البروتوكول هو وسيلة خالية من الضوضاء ونظيفة ومستدامة لإنتاج الطاقة. ويمكن بسهولة حل مشكلة أزمة الطاقة عن طريق تحويل ملوحة المياه الانحدار إلى كهرباء. توفر هذه الطريقة قائمة مباشرة لتوسيع غشاء منطقة كبيرة مع خصائص فيزيوكيميائية المعلقة لتوليد الطاقة الفعالة باستخدام RED.يمكن توسيع نطاق أداء إخراج الجهاز RED ويمكن استخدام الغشاء في الأجهزة الكهروكيميائية الأخرى مثل الفوسفات وبطاريات تدفق الأكسدة. إعداد المحلول المتجانس ، والترشيح ، والتجفيف ، وتقنيات التحكم ، والغسيل ، ومعالجة الأغشية ، وتنظيم أداء الغشاء القابل للاستنساخ. تعد محاذاة المكدس وتحسين انخفاض الضغط أمرين حاسمين لإنتاج أداء ثابت للجهاز.لإعداد غشاء تبادل cation، إضافة 5٪ ألياف متعدد الألوان الكبريتيتون إلى قارورة قاع مستديرة 250 ملليلتر وحل الألياف في مذيب dimethylacetamide. ثم يهز قارورة لمدة 10 دقائق بحيث تستقر جميع البوليمرات الأيونومية إلى الجزء السفلي من القارورة. ضع الخليط في حمام زيت السيليكون مع شريط تحريك مغناطيسي وحرك الحل بقوة في 500 ثورة في الدقيقة لمدة 24 ساعة عند 80 درجة مئوية للحصول على حل متجانس.في اليوم التالي، فلتر 30 ملليلتر من الحل من خلال مرشح PTFE 0.45 ميكرومتر في طبق زجاجي دائري قطره 18 سنتيمترا. استخدم منفاخ الهواء لإزالة أي فقاعات قبل وضع الطبق في الفرن لمدة 24 ساعة عند 90 درجة مئوية لتوليد غشاء قائم بذاته سمكه 50 ميكرومتر تقريبا. لاستخراج الغشاء القائم بذاته، ملء الطبق بالماء المقطر الدافئ.بعد 10 دقائق، سوف ينفصل الغشاء القائم بذاته عن الطبق. لتنشيط الغشاء، تزج الغشاء في محلول حمض الكبريتيك الضرس واحد لمدة ساعتين في 80 درجة مئوية، تليها ما لا يقل عن ثلاث يغسل 10 دقيقة مع لتر واحد من الماء المقطر في درجة حرارة الغرفة لكل غسل. حل 10٪ من قبل الوزن FAA-3 محلول أيونومر في المذيبات NMP لمدة ساعتين في درجة حرارة الغرفة و 500 الثورات في الدقيقة الواحدة.في نهاية الحضانة، فلتر ما يقرب من 30 ملليلتر من الحل من خلال مصفاة مسام 100 ميكرون في طبق بيتري زجاجي طوله 18 سنتيمترا. بعد إزالة أي فقاعات الهواء، ضع الطبق في فرن 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. استخدام الماء المقطر الساخن لاستخراج الغشاء المجفف كما هو موضح وتنشيط الغشاء في لتر واحد من هيدروكسيد الصوديوم لمدة ساعتين.ثم غسل الغشاء المنشط ثلاث مرات مع لتر واحد من الماء المقطر لكل غسل كما هو موضح. بعد التنشيط، وقطع الأغشية تبادل التكني والأيون إلى 49 سم مربع. لتصنيع كومة RED، ضع لوحة PMMA سمكها ثلاثة سنتيمترات مع القطب الذي يواجه الأعلى ووضع طوقا مطاطيا ومتباعدا على القطب الكهربائي.ضع غشاء تبادل cation وغشاء تبادل الأيونات على جانبي طوقا. ضع طوقا من السيليكون ومتباعدا على كل غشاء وضع لوحة PMMA ثانية على الطبقة الثانية من الفواصل والحشايا. ثم استخدم محرك أقراص وجع رقمي مع قوة 25 نيوتن متر لتأمين الإعداد مع الصواميل والبراغي، وغسالات.عندما يتم تجميع المكدس، ضع قطبا كهربائيا واحدا من شبكة التيتانيوم مغلفا بمزيج واحد إلى واحد من الإيريديوم والروثينيوم في نهاية كل لوحة واستخدم مقاطع التماسيح لربط الأقطاب الكهربائية بمقياس المصدر. قبل ساعتين على الأقل من التحليل، أضف خمسة لترات من محلول كلوريد الصوديوم المنخفض الضرس 0.01 وخمسة لترات من محلول كلوريد الصوديوم العالي 0.6 مولر إلى حاويات كبيرة فردية متصلة بمضخة تعلجية وتحريك الحلول باستمرار في درجة حرارة الغرفة. لإجراء تحليل RED إضافة 0.05 حل شطف الضرس إلى حاوية ثالثة واستخدام أنابيب مطاطية لربط جميع الحاويات الثلاث من خلال مضخة العجان ومقاييس الضغط إلى التجمع الأحمر.تعيين معدل تدفق محلول الشطف إلى 50 ملليلتر في الدقيقة ومعدل تدفق حلول الملح إلى 100 ملليلتر في الدقيقة، والتحقق من الأنابيب للقضاء على أي تدفق متقاطع أو تسرب. قم بإجراء قراءة لقياس الضغط للتأكد من أن القراءة مستقرة. بعد تشغيل الحلول من خلال المكدس لمدة خمس دقائق على الأقل، استخدم مقياس مصدر متصل بكل من الأقطاب الكهربائية وكومة RED لقياس أداء إخراج التحليل الكهربائي العكسي من خلال طريقة galvanostat.يعمل جهاز التحليل الكهربائي العكسي كمرشح محتمل لتلبية الطلب العالمي على أزمات الطاقة المستقبلية. الفرق في تدرج الملوحة لتركيز الملح يؤدي إلى الجهد الدائرة المفتوحة، والتي تعتمد على المقاومة الداخلية للكدسة التحليل الكهربائي العكسي. في هذا التحليل، كانت كثافة الطاقة القصوى لكومة التحليل الكهربائي العكسي حوالي 0.7 واط لكل متر مربع، وكانت كثافة الطاقة الصافية المحسوبة حوالي 0.65 واط لكل متر مربع بمعدل تدفق ثابت.كما لوحظ، زادت كثافة الطاقة في الخلية في البداية إلى الحد الأقصى لقيمة الكثافة الحالية قبل أن تنخفض استجابة لزيادة في المقاومة الداخلية للكدسة الحمراء. من المهم أن تتقاطع بانتظام اتصال الأنابيب، والحل crossflow، والسوائل لإنتاج كفاءة ومستقرة وقال الأداء. إعداد غشاء منطقة كبيرة موحدة سوف زعزعة أداء الخلية دون قاذورات تسرب الغشاء والحل.وعلاوة على ذلك، فإنه يعمل بكفاءة في ظل ظروف الإجهاد.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

تلفيق من VB<sub&gt; 2</sub&gt; / الخلايا الكهروكيميائية الهواء للاختبار

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

تصنيع تجاويف نانوية موحدة عبر الترابط رقاقة السيليكون المباشر

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

الزخرفة عبر البصرية تشبع انتقالات - تصنيع وتوصيف

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

المسح الضوئي لانتثار الضوء المنشئ (سلبس) المنهجية لتقييم كميا إلى الأمام والخلف نثر الضوء من العدسات داخل العين

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

إعداد مساحة كبيرة الرأسي 2D المتغايرة كريستال-الهياكل من خلال سولفوريزيشن الأفلام المعادن الانتقالية لتصنيع الجهاز

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

تصنيع النانو المغناطيسية في أغشية نيتريد السيليكون لدراسات دوامة مغناطيسية باستخدام تقنيات الفحص المجهري الإرسال

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

Fabrication of an Optical Cell Dryer for the Spectroscopic Analysis Cells

تصنيع خلية ضوئية مجفف لخلايا التحليل سبيكتروسكوبيك

Optical cells, which are experimental instruments, are small, square tubes sealed on one side. A sample is placed in this tube, and a measurement is ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

الهجين الطباعة لتصنيع أجهزة الاستشعار الذكية

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...

Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics

تصنيع قنوات Nanoheight دمج الموجات الصوتية السطحية الفعالة عبر الليثيوم نيوبات للنانوfluidics الصوتية

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order ...

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

منصة الموائع الدقيقة التي تعمل بالهواء المضغوط لتركيز الجسيمات الدقيقة

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...