Dimostriamo la fabbricazione di un dispositivo di elettrodialisi inversa utilizzando una membrana a scambio di cationi (CEM) e una membrana a scambio ionico (AEM) per la generazione di energia.
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Articolo metodologico
Membrane a scambio ionica per la fabbricazione di dispositivi di elettrodialisi inversa
In questo articolo
Sommario
Abstract
L'elettrodialisi inversa (RED) è un modo efficace per generare energia mescolando due diverse concentrazioni di sale in acqua utilizzando membrane a scambio cationico (CEM) e membrane a scambio ionico (AEM). La pila RED è composta da una disposizione alternata della membrana cation-scambio e della membrana a scambio anionico. Il dispositivo RED funge da potenziale candidato per soddisfare la domanda universale di crisi energetiche future. Qui, in questo articolo, dimostriamo una procedura per fabbricare un dispositivo di elettrodialisi inversa utilizzando CEM e AEM su scala di laboratorio per la produzione di energia. L'area attiva della membrana a scambio ionica è di 49 cm2. In questo articolo, forniamo una procedura passo-passo per sintetizzare la membrana, seguita dall'assemblaggio della pila e dalla misurazione della potenza. Sono state inoltre spiegate le condizioni di misurazione e il calcolo della potenza netta. Inoltre, descriviamo i parametri fondamentali che vengono presi in considerazione per ottenere un risultato affidabile. Forniamo anche un parametro teorico che influisce sulle prestazioni complessive delle cellule relative alla membrana e alla soluzione di alimentazione. In breve, questo esperimento descrive come assemblare e misurare le celle RED sulla stessa piattaforma. Contiene anche il principio di lavoro e il calcolo utilizzati per stimare l'uscita netta di potenza della pila RED utilizzando membrane CEM e AEM.
Introduzione
La raccolta di energia dalle risorse naturali è un metodo economico rispettoso dell'ambiente, rendendo così il nostro pianeta verde e pulito. Finora sono stati proposti diversi processi per estrarre energia, ma l'elettrodialisi inversa (RED) ha un enorme potenziale per superare la questione della crisi energetica1. La produzione di energia elettrica dall'elettrodialisi inversa è una svolta tecnologica per la decarbonizzazione dell'energia globale. Come suggerisce il nome, RED è un processo inverso, in cui il compartimento cellulare alternativo viene riempito con la soluzione salina ad alta concentrati e la soluzione di sale a bassa
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Protocollo
1. Requisito sperimentale
- Acquista polimero ionomero a scambio ionico, fibra polimerica E-550 sulfonato-PEEK per preparare CEM e FAA-3 per preparare AEM. Assicurarsi che tutti i polimeri ionomeri siano conservati in un ambiente pulito, asciutto e privo di polvere prima dell'uso.
- Utilizzare solventi ad alta purezza (>99%) , tra cui N-metil-2- pirrolidone con peso molecolare 99,13 g di mol-1 e N, N-Dimetilacetamide con peso molecolare 87,12, per preparare una soluzione omogenea di ionomero. Assicurarsi che tutte le sostanze chimiche e i solventi di grado analitico siano utilizzati per la preparazione della membrana ricevuti senza ulteriore....
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Risultati
Potenza netta erogata
La cella ROSSA genera generalmente energia elettrica dal gradiente di salinità della soluzione salina, cioè il movimento degli ioni nella direzione opposta attraverso la membrana. Per assemblare correttamente la pila RED, è necessario allineare attentamente tutti gli strati, inclusi elettrodi, guarnizioni, membrane e distanziale nella pila, come dimostrato nel diagramma schematico nella figura 4 e nella figura 5. Se la p.......
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Discussione
Il principio di funzionamento del RED è principalmente dominato dalle proprietà fisico-chimiche della membrana, che è una parte cruciale del sistema RED, come illustrato nella figura 3. Qui descriviamo le caratteristiche fondamentali della membrana per fornire un sistema RED ad alte prestazioni. La permeabilità ionica specifica della membrana lo fa passare un tipo di ioni attraverso il loro nanocanale polimerico. Come suggerisce il nome, CEM può passare la comunicazione da un lato all'altro .......
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Dichiarazioni
Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal governo coreano (MEST) (n. NRF-2017R1A2A2A05001329). Gli autori del manoscritto sono grati alla Sogang University, Seoul, Repubblica di Corea.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Membrana basata su AEM | Fumion | P1810-194 | Membrana |
| basata su CEM | Fumion | E550 | Ionomero |
| Chiave dinamometrica digitale Chiave dinamometrica | Torqueworld | WP2-030-09000251 | Chiave |
| Labview Software | Strumento Nazionale-Software | ||
| Laptop | LG-PC | ||
| Agitatore magnetico | Lab | Companion-MS-17BB | |
| N, N-Dimetilacetammide | Sigma aldrich | 271012 | Chimico |
| N-Metil-2-pirrolidone | Daejung | 872-50-4 | |
| Chimico Pompa peristaltica | EMS tech | Inc-EMP | 2000W |
| Esacianoferrato di potassio (II) triidrato | Sigma aldrich | P3289 | Potassio chimico |
| esacianoferrato (III) | Sigma aldrich | 244023 | Manometro chimico |
| Swagelok-Gage | |||
| Configurazione per elettrodialisi inversa | fabbricata in laboratorio-Dispositivo | ||
| Sistema RO Acqua pura | KOTITI-Acqua | ||
| Evaporatore rotante | Hitachi | YEFO-KTPM | Motore a induzione |
| Cloruro di | sodioSigma aldrich | S9888 | Chimico |
| Idrossido di sodio | Merk | 1310-73-2 | |
| Misuratore di fonti | Keithley-2410 | ||
| Distanziatore | Nitex, SEFAR | 06-250/34 | Distanziatore |
| Acido solforico | Daejung | 7664-93-9 | Tubo chimico |
| Tubo Masterflex | 96410-25 | Tubo di gomma |
Riferimenti
- Dlugolecki, P., Gambier, A., Nijmeijer, K., Wessling, M. Practical potential of reverse electrodialysis as process for sustainable energy generation. Environmental Science & Technology. 43, 6888-6894 (2009).
- Kim, D., Kwon, K., Kim, D. H., Li, L.
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Ristampe e permessi
