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

Bu çalışma Kore hükümeti (MEST) tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) hibesi tarafından desteklenmiştir (Hayır. NRF-2017R1A2A2A05001329). Makalenin yazarları Sogang Üniversitesi, Seul, Kore Cumhuriyeti'ne minnettardır.

1. Deneysel gereksinim
<ol><li>AEM hazırlamak için CEM ve FAA-3 hazırlamak için iyon değişimi iyonomer polimer, E-550 sülfonated-PEEK polimer elyaf satın alın. Tüm iyonomer polimerlerin kullanımdan önce temiz, kuru ve tozsuz bir ortamda depolandığından emin olun.</li>
	<li>Homojen iyonomer çözeltisi hazırlamak için moleküler ağırlıklı 99.13 g mol -1 ve N, moleküler ağırlıklı N-Dimetilsetamamid87.12 içeren N-Metil-2- pirrolidon dahil olmak üzere yüksek saflıkta (%>99) çözüc...

<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>

RED'in çalışma prensibi esas olarak Şekil 3'tegösterildiği gibi RED sisteminin önemli bir parçası olan membran fizikokimyasal özellikleri tarafından baskındır. Burada, yüksek performanslı bir RED sistemi sunmak için membranın temel özelliklerini açıklıyoruz. Membran'ın spesifik iyon geçirgenliği, polimer nanokanellerinden bir tür iyon geçirmesini sağlar. Adından da anlaşılacağı gibi, CEM katyondan diğerine geçebilir ve anionu kısıtlarken, AEM anion geçire...

Doğal kaynaklardan enerji hasadı, çevre dostu, böylece gezegenimizi yeşil ve temiz hale getiren ekonomik bir yöntemdir. Şimdiye kadar enerji çıkarmak için çeşitli süreçler önerildi, ancak ters elektrodiyaliz (RED) enerji krizi sorununun üstesinden gelmek için muazzam bir potansiyele sahiptir1. Ters elektrodiyalizden elde edilen güç üretimi, küresel enerjinin karbonsuzlaştırılması için teknolojik bir atılımdır. Adından da anlaşılacağı gibi, RED, alternatif hücre bölmesinin yüksek konsantre tuz çözeltisi ve düşük konsantre tuz çözeltisi2ile doldurulduğu ters bir işlemdir. Bölme ucundaki elektrotlardan toplanan iyon değişimi zarları boyunca tuz konsantrasyonu farkının yarattığı kimyasal potansiyel.
2000 yılından bu yana, RED'e teorik ve deneysel olarak3,4. Stres koşullarındaki çalışma koşulları ve güvenilirlik çalışmaları üzerine yapılan sistematik çalışmalar, yığın mimarisini iyileştirmiş ve genel hücre performansını artırmıştır. Tuzdan arındırma işlemi5ile RED, güneş enerjisi 6 ile KIRMIZI, ters ozmos (RO) prosesi5ile KIRMIZI, mikrobiyal yakıt hücresi7ile RED ve radyal soğutma işlemi8ile RED gibi çeşitli araştırma grupları dikkatlerini RED'in hibrit uygulamasına yönelttirdi. Daha önce de belirtildiği gibi, enerji ve temiz su sorununu çözmek için RED'in hibrit uygulamasının uygulanmasında çok fazla kapsam vardır.
RED hücresinin performansını ve zarın iyon değişim kapasitesini artırmak için çeşitli yöntemler benimsenmiştir. Katyonik asit grubu (-SO 3 H), fosfonik asit grubu(-PO3 H2)ve karboksilik asit grubu (-COOH) kullanılarak katyon değişimi membranlarının farklı iyon türleriyle uyarlanması, zarın fizikokimyasal özelliklerini değiştirmenin etkili yollarından biridir. Anion-exchange membranlar amonyum grupları ile uyarlanmıştır ( <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62309/62209eq1.jpg"> )9. AEM ve CEM'in membranın mekanik mukavemetini bozmadan yüksek iyonik iletkenliği, cihaz uygulaması için uygun bir membran seçmek için gerekli parametredir. Stres koşullarındaki sağlam membran, membrana mekanik stabilite sağlar ve cihazın dayanıklılığını artırır. Burada, RED uygulamasında faa-3 ile katyon değişim membranları olarak yüksek performanslı serbest duran sülfonated polinin (eter eter ketonu) (sPEEK) benzersiz bir kombinasyonu kullanılmaktadır. Şekil 1 deneysel prosedürün akış şemasını göstermektedir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62309/62309fig01.jpg"> Şekil 1: Yordam çizelgesi. Akış şeması, iyon değişim zarının hazırlanması için benimsenen prosedürü ve ardından ters elektrodiyaliz ölçümü için süreci sunar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62309/62309fig01large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</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

Ters elektrodiyaliz (RED), katyon-değişim membranları (CEM) ve anion-exchange membranları (AEM) kullanarak suda iki farklı tuz konsantrasyonunu karıştırarak güç üretmenin etkili bir yoludur. KIRMIZI yığın, katyon değişim membranının ve anion-exchange membranının alternatif bir düzenlemesinden oluşur. RED cihazı, gelecekteki enerji krizleri için evrensel talebi yerine getirmek için potansiyel bir aday olarak hareket eder. Burada, bu makalede, güç üretimi için laboratuvar ölçeğinde CEM ve AEM kullanarak ters elektrodiyaliz cihazı üretme prosedürünü gösteriyoruz. İyon değişim zarının aktif alanı 49 cm2'dir. Bu makalede, membranın sentezlenmesi için adım adım bir prosedür ve ardından yığının montajı ve güç ölçümü sunuyoruz. Ölçüm koşulları ve net güç çıkışı hesaplaması da açıklanmıştır. Ayrıca, güvenilir bir sonuç elde etmek için dikkate alınan temel parametreleri açıklıyoruz. Ayrıca membran ve yem çözeltisi ile ilgili genel hücre performansını etkileyen teorik bir parametre sunuyoruz. Kısacası, bu deney aynı platformda RED hücrelerinin nasıl birleştirılacağını ve ölçüldüklerini açıklar. Ayrıca, CEM ve AEM membranlarını kullanarak RED yığınının net güç çıkışını tahmin etmek için kullanılan çalışma prensibini ve hesaplamayı içerir.

Net güç çıkışı KIRMIZI hücre genellikle tuz çözeltisinin tuzluluk gradyanından, yani iyonların membran yoluyla ters yönde hareketinden elektrik enerjisi üretir. KIRMIZI yığını doğru bir şekilde birleştirmek için, Şekil 4 ve Şekil 5'tekişematik diyagramda gösterildiği gibi, yığındaki elektrotlar, contalar, membranlar ve ara parçalar da dahil olmak üzere tüm katmanları dikkatlice hizalamak gerekir. Yığın mü...

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

Elektrik üretimi için katyon-değişim membranı (CEM) ve anion-exchange membran (AEM) kullanarak ters elektrodiyaliz cihazının imalatını gösteriyoruz.

Ters Elektrodiyaliz Cihazının İmalatı için İyon Değişimi Membranları

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

Bu protokol, gürültüsüz, temiz ve sürdürülebilir bir enerji üretme yoludur. Su tuzluluk gradyanını elektriğe dönüştürerek enerji krizi sorununu kolayca çözebilir. Yöntem, RED kullanarak verimli güç üretmek için olağanüstü fizyokimyasal özelliklere sahip geniş alan membranını genişletmek için doğrudan bir liste sağlar.RED cihazının çıkış performansı ölçeklendirilebilir ve membran, forez ve redoks akış pilleri gibi diğer elektrokimyasal cihazlarda kullanılabilir. Homojen çözelti hazırlama, filtrasyon, kurutma, kontrol teknikleri, yıkama, membran tedavisi, tekrarlanabilir membran performansını düzenler. Yığın hizalaması ve basınç düşüşü optimizasyonu, kararlı cihaz performansı üretmek için çok önemlidir.Bir katyon değişim zarı hazırlamak için, 250 mililitre yuvarlak alt şişeye% 5 sülünitlenmiş polietheretherketone lifleri ekleyin ve lifleri dimetilsetamid çözücüde çözün. Daha sonra şişeyi 10 dakika sallayın, böylece tüm iyonomer polimerleri şişenin dibine yerleşir. Karışımı manyetik bir karıştırma çubuğuna sahip silikon bir yağ banyosuna yerleştirin ve homojen bir çözelti elde etmek için çözeltiyi 80 santigrat derecede 24 saat boyunca dakikada 500 devirde kuvvetlice karıştırın.Ertesi gün, çözeltinin 30 mililitresini 0,45 mikrometre PTFE filtreden dairesel 18 santimetre çapında bir cam kabın içine filtreleyin. Yaklaşık 50 mikrometre kalınlığında bağımsız bir membran oluşturmak için yemeği 90 santigrat derecede 24 saat fırına yerleştirmeden önce kabarcıkları çıkarmak için bir hava üfleyici kullanın. Bağımsız membranı çıkarmak için, yemeği ılık damıtılmış suyla doldurun.10 dakika sonra, bağımsız membran çanaktan ayrılır. Zarı etkinleştirmek için, zarı 80 santigrat derecede iki saat boyunca bir azı dişi sülfürik asit çözeltisine daldırin, ardından yıkama başına oda sıcaklığında bir litre damıtılmış su ile en az üç 10 dakikalık yıkama. NMP çözücüde oda sıcaklığında iki saat ve dakikada 500 devir için %10 ağırlıkta FAA-3 iyonomer çözeltisi çözün.Kuluçkanın sonunda, 100 mikronluk bir gözenek süzgecinden yaklaşık 30 mililitre çözeltiyi 18 santimetrelik bir cam Petri kabına filtreleyin. Hava kabarcıklarını çıkardıktan sonra, yemeği 24 saat boyunca 100 santigrat derecelik bir fırına yerleştirin. Gösterildiği gibi kurutulmuş membranı çıkarmak için sıcak damıtılmış su kullanın ve membranı bir litre sodyum hidroksitte iki saat boyunca aktive edin.Daha sonra aktif membranı, gösterildiği gibi yıkama başına bir litre damıtılmış su ile üç kez yıkayın. Aktivasyondan sonra, katyon ve anion değişim zarlarını 49 santimetre kareye kesin. KIRMIZI bir yığın yapmak için, elektrot yukarı bakacak şekilde üç santimetre kalınlığında bir PMMA plakası yerleştirin ve elektrot üzerine bir kauçuk conta ve aralayıcı yerleştirin.Katyon değişim membranını ve anion değişim zarını contanın her iki tarafına yerleştirin. Her zara bir silikon conta ve bir aralayıcı yerleştirin ve ikinci aralayıcı ve conta katmanına ikinci bir PMMA plakası yerleştirin. Ardından, kurulumu somunlar, cıvatalar ve pullarla sabitlemek için 25 newton metre kuvvetine sahip bir dijital anahtar sürücüsü kullanın.Yığın monte edildiğinde, her plakanın sonuna bire bir iridyum ve ruthenium karışımı ile kaplanmış bir titanyum ağ elektrodu yerleştirin ve elektrotları kaynak metreye bağlamak için timsah klipsleri kullanın. Analizden en az iki saat önce, peristaltik bir pompaya bağlı tek tek büyük kaplara beş litre 0,01 molar düşük sodyum klorür çözeltisi ve beş litre 0,6 molar yüksek sodyum klorür çözeltisi ekleyin ve çözeltileri oda sıcaklığında sürekli karıştırın. KIRMIZI analizi yapmak için üçüncü bir kaba 0,05 molar durulama çözeltisi ekleyin ve üç kabı da peristaltik pompa ve basınç göstergeleri aracılığıyla RED tertibata bağlamak için kauçuk tüpler kullanın.Durulama çözeltisinin akış hızını dakikada 50 mililitreye ve tuz çözeltilerinin akış hızını dakikada 100 mililitreye ayarlayın ve çapraz akışı veya sızıntıyı ortadan kaldırmak için boruyu kontrol edin. Okumanın kararlı olduğundan emin olmak için bir basınç ölçer okuması gerçekleştirin. Çözeltiler yığında en az beş dakika çalıştırdıktan sonra, galvanostat yöntemiyle ters elektrodiyaliz çıkış performansını ölçmek için hem elektrotlara hem de RED yığınına bağlı bir kaynak ölçer kullanın.Ters elektrodiyaliz cihazı, gelecekteki enerji krizleri için evrensel talebi karşılamak için potansiyel bir aday görevi görür. Tuz konsantrasyonunun tuzluluk gradyanındaki fark, ters elektrodiyaliz yığınının iç direncine bağlı olan açık devre gerilimine neden olur. Bu analizde, ters elektrodiyaliz yığını için maksimum güç yoğunluğu metrekare başına yaklaşık 0,7 watt ve hesaplanan net güç yoğunluğu sabit bir akış hızında metrekare başına yaklaşık 0,65 watt idi.Gözlemlendiği gibi, hücrenin güç yoğunluğu, RED yığınının iç direncindeki artışa yanıt olarak düşmeden önce başlangıçta maksimum akım yoğunluğu değerine yükseldi. Verimli ve istikrarlı bir performans üretmek için boru bağlantısını, çözelti çapraz akışını ve sıvıları düzenli olarak çapraz kontrol etmek önemlidir. Tek tip geniş alan membranın hazırlanması, membran ve çözelti sızıntısını kirletmeden hücre performansını bozacaktır.Ayrıca, stres koşullarında verimli bir şekilde çalışır.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

VB Fabrikasyon<sub&gt; 2</subElektrokimyasal Test için&gt; / Hava Hücreleri

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

Silikon Doğrudan Gofret Yapıştırma ile Tek tip Nano ölçekli Boşlukların İmalatı

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

Optik Doyurulabilen Geçişler aracılığıyla Desenlendirme - İmalat ve Karakterizasyonu

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

Işık saçılma Profiler (SLPS) Tabanlı Metodoloji İntraoküler Lenslerden İleri ve Geri Işık Saçılımını Kantitatif Olarak Değerlendirmek İçin Tarama

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

Geniş alan dikey 2D Crystal Hetero-yapıları aracılığıyla geçiş metalleri filmleri Sulfurization cihaz imalat için hazırlanması

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

Silikon nitrür membranlar üzerinde manyetik nanoyapıları imalatı transmisyon mikroskopisi teknikleri kullanarak manyetik girdap etütler

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

Optik bir hücre imalatı spektroskopik analiz hücreler için kurutma makinesi

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

Hibrid akıllı sensörler imalatı için yazdırma

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

Akustik Nanofluidics için Lityum Niyobat ile Yüzey Akustik Dalga Aktüasyon Birleştiren Nanoheight Kanallarıimalatı

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

Mikro Partikül Konsantrasyonu için Pnömatik Tahrikli Mikroakışkan Platform

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