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

עבודה זו נתמכה על ידי מענק קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון ממשלת קוריאה (MEST) (לא. NRF-2017R1A2A2A05001329). מחברי כתב היד אסירי תודה לאוניברסיטת סוגאנג, סיאול, הרפובליקה של קוריאה.

1. דרישה ניסיונית
<ol><li>רכש פולימר יונומר חילופי יונים, סיבי פולימר E-550 גופרתי-PEEK להכנת CEM ו- FAA-3 להכנת AEM. ודאו שכל פולימרי היונומר מאוחסנים בסביבה נקייה, יבשה ונאטולת אבק לפני השימוש.</li>
	<li>השתמש טוהר גבוה (>99%) ממסים, כולל N-מתיל-2- פירולידון עם משקל מולקולרי 99.13 גרם מול-1 ו- N, N-דימתיל אקטמיד...

<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>

עיקרון העבודה של ה-RED נשלט בעיקר על ידי המאפיינים הפיזיקוכימיים של הממברנה, המהווה חלק מכריע במערכת RED, כפי שמודגם באיור 3. כאן, אנו מתארים את המאפיינים הבסיסיים של הממברנה להעברת מערכת אדומה בעלת ביצועים גבוהים. החדירות הספציפית של הממברנה גורמת לו לעבור סוג אחד של יונים דר?...

קצירת אנרגיה ממקורות טבע היא שיטה חסכונית ידידותית לסביבה, ובכך הופכת את כוכב הלכת שלנו לירוק ונקי. מספר תהליכים הוצעו עד כה כדי לחלץ אנרגיה, אבל אלקטרודיאליזה הפוכה (אדום) יש פוטנציאל עצום להתגבר על בעיית משבר האנרגיה1. ייצור חשמל מאלקטרו-דיליזה הפוכה הוא פריצת דרך טכנולוגית לדה-קרבוניזציה של אנרגיה גלובלית. כפי שהשם מרמז, RED הוא תהליך הפוך, שבו תא התא החלופי מלא בתמיסת מלח מרוכזת גבוהה ותמיסת מלח בריכוז נמוך2. הפוטנציאל הכימי שנוצר על ידי הפרש ריכוז המלח על פני ממברנות חילופי היונים, שנאסף מהאלקטרודות בקצה התא.
מאז שנת 2000, מאמרי מחקר רבים פורסמו, מתן תובנה לתוך אדום תיאורטית וניסיונית3,4. מחקרים שיטתיים על תנאי הפעולה ומחקרי אמינות בתנאי לחץ שיפרו את ארכיטקטורת המחסנית ושיפרו את ביצועי התא הכוללים. מספר קבוצות מחקר הסיטו את תשומת לבם ליישום ההיברידי של RED, כגון RED עם תהליך התפלה5,אדום עם אנרגיה סולארית6, אדום עם תהליך אוסמוזה הפוכה (RO)5, אדום עם תא דלק מיקרוביאלי7, ו- RED עם תהליך הקירור הקריבי8. כאמור, יש היקף רב ביישום היישום ההיברידי של RED כדי לפתור את בעיית האנרגיה והמים הנקיים.
מספר שיטות אומצו כדי לשפר את הביצועים של התא האדום ואת יכולת החלפת היונים של הממברנה. התאמת ממברנות חילופי הקטיונים עם סוגים שונים של יונים באמצעות קבוצת חומצה גופרתית (-SO3H), קבוצת חומצה פוספונית (-PO3H2),וקבוצת חומצה קרבוקסילית (-COOH) היא אחת הדרכים היעילות לשנות את המאפיינים הפיזיקוכימיים של הממברנה. ממברנות החלפת אניון מותאמות לקבוצות אמוניום <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> ()9. מוליכות יונית גבוהה של AEM ו- CEM מבלי לדרדר את הכוח המכני של הממברנה היא הפרמטר החיוני לבחירת ממברנה מתאימה ליישום המכשיר. הממברנה החזקה בתנאי לחץ מספקת יציבות מכנית לממברנה ומשפרת את עמידות המכשיר. כאן, שילוב ייחודי של פולי גופרתי בעל ביצועים גבוהים (אתר אתר קטון) (sPEEK) כמו ממברנות חילופי קטיונים עם FAA-3 כמו ממברנות החלפת אניון משמשים ביישום אדום. איור 1 מציג את תרשים הזרימה של ההליך הניסיוני.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> איור 1: תרשים הליכים. תרשים הזרימה מציג את ההליך שאומץ להכנת קרום חילופי יונים ואחריו תהליך למדידת אלקטרודיאליזה הפוכה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</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

אלקטרודיאליזה הפוכה (אדום) היא דרך יעילה לייצר כוח על ידי ערבוב שני ריכוזי מלח שונים במים באמצעות ממברנות חילופי cation (CEM) וממברנות החלפת אניון (AEM). הערימה האדומה מורכבת מהסדר לסירוגין של קרום חילופי הקטיון וקרום החלפת האניון. מכשיר RED משמש כמועמד פוטנציאלי למימוש הביקוש האוניברסלי למשברי אנרגיה עתידיים. כאן, במאמר זה, אנו מדגימים הליך לייצור התקן אלקטרודיאליזה הפוך באמצעות CEM בקנה מידה מעבדה ו- AEM לייצור חשמל. האזור הפעיל של קרום חילופי היונים הוא 49 ס"מ2. במאמר זה, אנו מספקים הליך שלב אחר שלב לסינתזה של הממברנה, ואחריו ההרכבה של הערימה ומדידת כוח. תנאי המדידה וחישוב פלט החשמל נטו הוסברו גם הם. יתר על כן, אנו מתארים את הפרמטרים הבסיסיים הנלקחים בחשבון להשגת תוצאה אמינה. אנו מספקים גם פרמטר תיאורטי המשפיע על ביצועי התא הכוללים הקשורים לממברנה ולפתרון ההזנה. בקיצור, ניסוי זה מתאר כיצד להרכיב ולמדוד תאים אדומים על אותה פלטפורמה. הוא מכיל גם את עקרון העבודה ואת החישוב המשמש להערכת תפוקת הכוח נטו של הערימה האדומה באמצעות ממברנות CEM ו- AEM.

תפוקת חשמל נטו תא אדום בדרך כלל מייצר אנרגיה חשמלית משיפוע המליחות של תמיסת המלח, כלומר, תנועת היונים בכיוון ההפוך דרך הממברנה. כדי להרכיב את הערימה האדומה בצורה נכונה, יש ליישר את כל השכבות, כולל אלקטרודות, אטמים, ממברנות ומרווחים בערימה בקפידה, כפי שהודגם בתרשים הסכמטי <strong class="...

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

אנו מדגימים ייצור של התקן אלקטרודיאליזה הפוכה באמצעות קרום חילופי cation (CEM) וקרום החלפת אניון (AEM) לייצור חשמל.

ממברנות חילופי יונים לייצור התקן אלקטרודיאליזה הפוכה

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

פרוטוקול זה הוא דרך נטולת רעשים, נקייה ובת קיימא להפקת אנרגיה. זה יכול בקלות לפתור את בעיית משבר האנרגיה על ידי המרת שיפוע מליחות המים לחשמל. השיטה מספקת רשימה ישירה להרחבת קרום שטח גדול עם תכונות פיזיותכימיות יוצאות דופן ליצירת כוח יעיל באמצעות אדום.ניתן להגדיל את ביצועי הפלט של התקן RED וניתן להשתמש בממברנה במכשירים אלקטרוכימיים אחרים כמו פורזיס וסוללות זרימה אדומות. הכנת פתרון הומוגני, סינון, ייבוש, טכניקות בקרה, לשטוף, טיפול בקרום, לווסת את ביצועי קרום לשחזור. יישור המחסנית ומיטוב ירידה בלחץ חיוניים להפקת ביצועי התקן יציבים.כדי להכין קרום חילופי קטיונים, להוסיף 5% סיבי פוליאתרקטון sulfinitated לבקבוקון תחתון עגול 250 מיליליטר ולהמיס את הסיבים ממס דימתיל אקטמיד. ואז לנער את הבקבוק במשך 10 דקות, כך שכל פולימרים ionomer להתיישב לתחתית הבקבוקון. מניחים את התערובת באמבט שמן סיליקון עם מוט ערבוב מגנטי ומערבבים במרץ את הפתרון ב 500 מהפכות לדקה במשך 24 שעות ב 80 מעלות צלזיוס כדי להשיג פתרון הומוגני.למחרת, לסנן 30 מיליליטר של הפתרון באמצעות מסנן PTFE PTPT 0.45 מיקרומטר לתוך צלחת זכוכית עגולה בקוטר 18 ס"מ. השתמש מפוח אוויר כדי להסיר את כל בועות לפני הצבת המנה בתנור במשך 24 שעות ב 90 מעלות צלזיוס כדי ליצור קרום עצמאי עבה כ 50 מיקרומטר. כדי לחלץ את הממברנה העומדת בפניה, מלאו את המנה במים מזוקקים חמים.לאחר 10 דקות, הממברנה העומדת בפניה יתנתק מהמנה. כדי להפעיל את הממברנה, לטבול את הממברנה בתמיסת חומצה גופרתית טחנת אחת במשך שעתיים ב 80 מעלות צלזיוס, ואחריו לפחות שלוש שטיפות 10 דקות עם ליטר אחד של מים מזוקקים בטמפרטורת החדר לכל לשטוף. יש להמיס 10% לפי פתרון היונומר FAA-3 במשקל בממס NMP למשך שעתיים בטמפרטורת החדר ו-500 סיבובים לדקה.בסוף הדגירה, לסנן כ 30 מיליליטר של פתרון באמצעות מסננת נקבובית 100 מיקרון לתוך צלחת פטרי 18 סמ. לאחר הסרת כל בועות אוויר, מניחים את המנה לתוך 100 מעלות צלזיוס תנור במשך 24 שעות. השתמש במים מזוקקים חמים כדי לחלץ את הממברנה המיובשת כפי שהודגם ולהפעיל את הממברנה בליטר אחד של נתרן הידרוקסיד במשך שעתיים.לאחר מכן לשטוף את הממברנה הפעילה שלוש פעמים עם ליטר אחד של מים מזוקקים לכל לשטוף כפי שהוכח. לאחר ההפעלה, לחתוך את קרום חילופי cation ו anion ל 49 ס"מ רבוע. כדי ליצור ערימה אדומה, מקם צלחת PMMA בעובי שלושה סנטימטרים עם האלקטרודה הפונה כלפי מעלה והנח אטם גומי ומרווח על האלקטרודה.מניחים את קרום חילופי הקיון ואת קרום החלפת האניון משני צדי האטם. מניחים אטם סיליקון ומרווח על כל ממברנה ומניחים צלחת PMMA שנייה על השכבה השנייה של מרווחים ואטמים. לאחר מכן השתמש בכונן מפתח ברגים דיגיטלי עם כוח של 25 מטר ניוטון כדי לאבטח את ההתקנה עם אגוזים, ברגים וכוסות כביסה.כאשר הערימה הורכבה, מניחים אלקטרודה רשת טיטניום אחת מצופה בתערובת של אחד על אחד של אירידיום ורותניום בסוף כל צלחת והשתמשו בקליפי תנין כדי לחבר את האלקטרודות למד המקור. לפחות שעתיים לפני הניתוח, להוסיף חמישה ליטרים של תמיסת נתרן כלורי נמוכה 0.01 טוחנות וחמישה ליטרים של תמיסת נתרן כלורי בגובה 0.6 טוחנות למיכלים גדולים בודדים המחוברים למשאבה פריסלטית ומערבבים את הפתרונות ברציפות בטמפרטורת החדר. כדי לבצע את ניתוח RED להוסיף 0.05 פתרון שטיפה טוחנת למיכל שלישי ולהשתמש צינורות גומי כדי לחבר את כל שלושת המכולות דרך המשאבה peristaltic ומדי לחץ להרכבה האדומה.הגדר את קצב הזרימה של פתרון השטיפה ל 50 מיליליטר לדקה ואת קצב הזרימה של פתרונות המלח ל 100 מיליליטר לדקה, ולבדוק את הצינורות כדי למנוע כל זרימה צולבת או דליפה. בצע קריאת מד לחץ כדי לוודא שהקריאה יציבה. לאחר שהפתרונות רצים דרך הערימה לפחות חמש דקות, השתמש במד מקור המחובר הן לאלקטרודות והן למחסנית RED כדי למדוד את ביצועי פלט האלקטרודיאליזה ההפוכה בשיטת galvanostat.מכשיר האלקטרודיאליזה ההפוכה משמש כמועמד פוטנציאלי למימוש הביקוש האוניברסלי למשברי אנרגיה עתידיים. ההבדל בשיפוע המליחות של ריכוז המלח מעורר את מתח המעגל הפתוח, אשר תלוי בהתנגדות הפנימית של מחסנית האלקטרודיאליזה ההפוכה. בניתוח זה, צפיפות ההספק המרבית עבור מחסנית האלקטרודיאליזה ההפוכה הייתה כ-0.7 וואט למ"ר, וצפיפות החשמל נטו המחושבת הייתה כ-0.65 וואט למ"ר בקצב זרימה קבוע.כפי שנצפה, צפיפות הכוח של התא גדלה בתחילה לערך הצפיפות הנוכחי המרבי לפני שירד בתגובה לעלייה בהתנגדות הפנימית של מחסנית RED. חשוב להצליב באופן קבוע את חיבור הצינורות, את זרימה צולבת של הפתרון ואת הנוזלים לייצור ביצועים יעילים ויציבים. הכנת קרום שטח גדול אחיד תערער את ביצועי התא מבלי לקלקל את הממברנה ואת דליפת הפתרון.יתר על כן, זה עובד ביעילות בתנאי לחץ.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

המצאה של VB<sub&gt; 2</sub&gt; / תאי אוויר לבדיקת אלקטרוכימי

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

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

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

דפוסים באמצעות מעברי Saturable אופטיים - ייצור ואפיון

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

סריקה אור מפזר Profiler (SLPS) מתודולוגיה מבוססת כדי להעריך כמותית קדימה ואחורה אור פיזור מ עדשות עדשות

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

הכנת שטח גדול אנכי 2D קריסטל הטרו-מבנים באמצעות Sulfurization של מתכות מעבר סרטים עבור ייצור המכשיר

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

ייצור של Nanostructures מגנטית על ממברנות הסיליקון ניטריד ללימודי מערבולת מגנטי באמצעות טכניקות במיקרוסקופ שידור

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

ייצור של תא אופטי מייבש עבור התאים Spectroscopic ניתוח

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

היברידית הדפסה על הזיוף של חיישנים חכמים

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

הייצור של ערוצי ננו גובה שילוב הופעה גל אקוסטי המשטח באמצעות ליתיום Niobate אקוסטית הננו לוקדיה

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

פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים

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