Pokazujemy wykonanie urządzenia do odwróconej elektrodializy przy użyciu membrany kationowymiennej (CEM) i membrany anionowymiennej (AEM) do wytwarzania energii.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Membrany jonowymienne do produkcji urządzenia do odwróconej elektrodializy
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Odwrócona elektrodializa (RED) to skuteczny sposób generowania energii poprzez mieszanie dwóch różnych stężeń soli w wodzie za pomocą membran kationowymiennych (CEM) i membran anionowymiennych (AEM). Stos RED składa się z naprzemiennego układu membrany kationitowej i membrany anionowymiennej. Urządzenie RED pełni rolę potencjalnego kandydata do zaspokojenia powszechnego zapotrzebowania na przyszłe kryzysy energetyczne. W tym artykule przedstawiamy procedurę wytwarzania urządzenia do odwróconej elektrodializy przy użyciu CEM i AEM w skali laboratoryjnej do produkcji energii. Powierzchnia czynna membrany jonowymiennej wynosi 49cm2. W tym artykule przedstawiamy krok po kroku procedurę syntezy membrany, po której następuje montaż stosu i pomiar mocy. Wyjaśniono również warunki pomiaru i obliczanie mocy wyjściowej netto. Ponadto opisujemy podstawowe parametry, które są brane pod uwagę w celu uzyskania wiarygodnego wyniku. Podajemy również teoretyczny parametr, który wpływa na ogólną wydajność komórek w odniesieniu do membrany i roztworu paszowego. Krótko mówiąc, eksperyment ten opisuje, jak składać i mierzyć komórki RED na tej samej platformie. Zawiera również zasadę działania i obliczenia wykorzystywane do szacowania mocy wyjściowej netto komina RED przy użyciu membran CEM i AEM.
Wprowadzenie
Pozyskiwanie energii z zasobów naturalnych jest ekonomiczną i przyjazną dla środowiska metodą, która przyczynia się do zachowania naszej planety w czystości i ekologicznym stanie. Do tej pory zaproponowano wiele procesów ekstrakcji energii, jednak odwrócona elektrodializa (RED) wykazuje ogromny potencjał w rozwiązaniu problemu kryzysu energetycznego1. Produkcja energii za pomocą odwróconej elektrodializy stanowi przełom technologiczny w procesie dekarbonizacji globalnej energetyki. Jak wskazuje nazwa, RED jest procesem odwróconym, w którym naprzemienne komory ogniwa są wypełnione roztworami soli o wysokim i niskim stężeniu2. Potencjał chemiczny generowany przez różnicę stężeń soli w poprzek membran wymiany jonowej jest zbierany z elektrod znajdujących się na końcach komory.
Od 2000 roku opublikowano wiele artykułów badawczych, które dostarczyły teoretycznych i eksperymentalnych spostrzeżeń na temat RED3,4. Systematyczne badania nad warunkami pracy oraz analizy niezawodności w warunkach stresowych pozwoliły na udoskonalenie architektury stosu i poprawę ogólnej wydajności ogniwa. Kilka grup badawczych skierowało swoją uwagę na hybrydowe zastosowania RED, takie jak RED z procesem odsalania5, RED z energią słoneczną6, RED z procesem odwróconej osmozy (RO)5, RED z mikrobiologicznym ogniwem paliwowym7 oraz RED z procesem chłodzenia radiacyjnego8. Jak wspomniano wcześniej, istnieje ogromny potencjał w implementacji hybrydowych zastosowań RED w celu rozwiązania problemów związanych z energią i czystą wodą.
W celu poprawy wydajności ogniwa RED oraz pojemności wymiany jonowej membrany przyjęto kilka metod. Dostosowanie membran wymiany kationowej za pomocą różnych rodzajów jonów z wykorzystaniem grupy kwasu sulfonowego (-SO3H), grupy kwasu fosfonowego (-PO3H2) oraz grupy kwasu karboksylowego (-COOH) jest jednym ze skutecznych sposobów modyfikacji właściwości fizykochemicznych membrany. Membrany wymiany anionowej są modyfikowane grupami amonowymi (
)9. Wysoka przewodność jonowa AEM i CEM, bez pogorszenia wytrzymałości mechanicznej membrany, jest kluczowym parametrem przy wyborze odpowiedniej membrany do zastosowań w urządzeniu. Wytrzymała membrana w warunkach naprężeń zapewnia stabilność mechaniczną membrany i zwiększa trwałość urządzenia. W niniejszym zastosowaniu RED wykorzystano unikalną kombinację wysokowydajnego, wolnostojącego sulfonowanego poli(etereterketonu) (sPEEK) jako membran wymiany kationowej oraz FAA-3 jako membran wymiany anionowej. Rysunek 1 przedstawia schemat procedury eksperymentalnej.
Rycina 1: Schemat procedury. Schemat blokowy przedstawia procedurę zastosowaną do przygotowania membrany wymiany jonowej, a następnie proces pomiaru odwrotnej elektrodializy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Wymagania eksperymentalne
- Należy zakupić jonomery wymiany jonowej: włókna polimerowe sulfonowanego PEEK E-550 do przygotowania CEM oraz FAA-3 do przygotowania AEM. Przed użyciem należy upewnić się, że wszystkie polimery jonomeryczne są przechowywane w czystym, suchym i wolnym od kurzu środowisku.
- Do przygotowania jednorodnego roztworu jonomeru należy użyć rozpuszczalników o wysokiej czystości (>99%), w tym N-metylo-2-pirolidonu o masie cząsteczkowej 99,13 g mol-1 oraz N,N-dimetyloacetamidu o masie cząsteczkowej 87,12. Do przygotowania membran należy używać wszystkich odczynników i rozpuszczalników klasy analitycznej w postaci dostarczonej, bez dalszego oczyszczania.
- Po procesie aktywacji membran należy niezwłocznie zanurzyć wszystkie membrany w 0,5 M roztworze NaCl w celu uzyskania lepszych parametrów pracy. Po aktywacji obu membran suszenie nie jest wymagane. Przez cały proces syntezy membran stosowano wodę o rezystywności 18,2 MΩ w temperaturze pokojowej.
- Właściwości membran należy scharakteryzować przy użyciu suchej membrany. Szczegółowy opis technik charakteryzacji oraz właściwości fizykochemicznych, takich jak pojemność wymiany jonowej, przewodnictwo jonowe, grubość, analiza termiczna i morfologia powierzchni, przedstawiono w literaturze10,11.
- Za pomocą wycinaka należy przyciąć membrany CEM i AEM do rozmiaru stosu RED z powierzchnią aktywną 49 cm2, jak pokazano na Rysunku 2.
- W celu wykonania stosu RED należy zastosować naprzemienny układ CEM i AEM, rozdzielonych odstępnikiem i uszczelką; rzeczywiste zdjęcie działającego stosu RED przedstawiono na Rysunku 3a, a schemat każdej warstwy zilustrowano na Rysunku 3b.
- Najpierw należy umieścić płytkę PMMA stroną skierowaną ku elektrodzie do góry; następnie położyć na niej gumową uszczelkę i odstępnik, a potem umieścić CEM. Następnie na CEM należy położyć silikonową uszczelkę z odstępnikiem, a na niej AEM. W analogiczny sposób na górze AEM należy dodać silikonową uszczelkę i odstępnik, a następnie CEM. Na koniec należy założyć końcową płytkę PMMA, gumową uszczelkę oraz odstępnik, a następnie dokręcić całość za pomocą śrub i nakrętek.
- Po złożeniu stosu RED należy sprawdzić swobodny przepływ roztworów o wysokim stężeniu (HC), niskim stężeniu (LC) oraz roztworów płuczących, sprawdzając je kolejno. Przed rozpoczęciem pomiarów należy wyeliminować wszelkie przepływy krzyżowe lub wycieki.
- Przed pomiarem natężenia prądu i napięcia należy monitorować szybkość przepływu roztworów soli oraz odczyt manometru i upewnić się, że wartości te się ustabilizowały. Przed rozpoczęciem pomiaru należy upewnić się, że wszystkie połączenia znajdują się na właściwych miejscach. Należy unikać dotykania stosu RED i podłączonych do niego rurek podczas trwania pomiaru.
UWAGA: Roztwory HC i LC przepływają z ich komór do komory odpływowej odpowiednio przez pompę perystaltyczną, manometr i stos RED. - Do pomiaru natężenia prądu i napięcia należy zastosować metodę galwanostatyczną, wykorzystując miernik źródłowy podłączony do stosu RED za pomocą zacisków typu krokodyl.
Rysunek 2: Rozmiar i kształt przygotowanej membrany, uszczelki oraz dystansera do konstrukcji układu odwróconej elektrodializy. (a) zewnętrzna uszczelka silikonowa, (b) zewnętrzny dystanser i wewnętrzny dystanser, (c) wewnętrzna uszczelka silikonowa, (d) membrana kationowymienna, (e) membrana anionowymienna oraz (f) zespół uszczelki i membrany. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rysunek 3: Stos do odwrotnej elektrodializy. (a) układ stosu do odwrotnej elektrodializy z przewodami łączącymi oraz (b) schematyczne przedstawienie poszczególnych warstw, w tym płyt końcowych z PMMA, elektrod, uszczelki, dystansera, CEM i AEM. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
2. Przygotowanie membrany wymiany jonowej
UWAGA: Ilość materiału prekursorowego została zoptymalizowana w celu otrzymania membrany o średnicy 18 cm i grubości ~50 µm.
- Membrana kationowymienna
- Odważyć 5% wagowych włókien sulfonowanego PEEK do kolby okrągłodennej o pojemności 250 mL i rozpuścić włókna w dimetylacetamidzie (DMAc) jako rozpuszczalniku o masie cząsteczkowej 87,12 g mol-1. Wstrząsać kolbą przez 10 min, aby wszystkie polimery jonomerowe osiadły.
- Umieścić mieszadło magnetyczne w kolbie, a następnie umieścić mieszaninę w łaźni olejowej silikonowej i intensywnie mieszać przy 500 rpm przez 24 h w temperaturze 80 °C w celu uzyskania jednorodnego roztworu.
- Przefiltrować roztwór sulfonowanego PEEK przez filtr z politetrafluoroetylenu (PTFE) o rozmiarze porów 0,45 µm.
- Następnie przelać przefiltrowany roztwór do okrągłego szklanego naczynia o średnicy 18 cm. Przed umieszczeniem naczynia Petri w piekarniku upewnić się, że wszystkie pęcherzyki powietrza zostały usunięte za pomocą dmuchawy.
- Umieścić naczynie Petri w piekarniku w celu osuszenia roztworu w temperaturze 90 °C przez 24 h, co pozwoli na uzyskanie wolnostojącej membrany o grubości ~50 µm. W celu wyjęcia wolnostojącej membrany należy postąpić następująco: aby oddzielić membranę od naczynia Petri, należy napełnić naczynie ciepłą wodą destylowaną (~60 °C) i pozostawić na 10 min bez dotykania. Wolnostojąca membrana oddzieli się automatycznie.
- W celu aktywacji membrany, zanurzyć przygotowaną wolnostojącą membranę w 1 M wodnym roztworze kwasu siarkowego (H2SO4), tj. 98,08 g w 1 L wody destylowanej, i inkubować przez 2 h w temperaturze 80 °C.
UWAGA: Ten krok zapewni usunięcie ciał obcych i innych substancji chemicznych, takich jak rozpuszczalniki, co zmniejszy ryzyko zanieczyszczenia membrany. - Przemyć namoczoną membranę 1 L wody destylowanej przez 10 min, co najmniej trzy razy w temperaturze pokojowej.
- Membrana anionowymienna
- Rozpuścić 10% wagowych roztwór jonomeru FAA-3 w rozpuszczalniku N-metylu-2-pyrrolidonie (NMP).
- Mieszać roztwór w temperaturze pokojowej przez 2 h przy prędkości ~500 rpm.
- Następnie przefiltrować roztwór za pomocą siatki o rozmiarze porów 100 µm.
- Wlać ~30 mL przefiltrowanego roztworu do okrągłego szklanego naczynia Petri o średnicy 18 cm. Przed umieszczeniem szklanego naczynia Petri w piekarniku upewnić się, że wszystkie pęcherzyki powietrza zostały usunięte za pomocą dmuchawy. Proces suszenia odbywa się w temperaturze 100 °C przez 24 h.
- Aby uzyskać wolnostojącą membranę, wlać gorącą wodę destylowaną do szklanego naczynia Petri i pozostawić na co najmniej 10 min. Następnie oddzielić membrany i umieścić je w 1 litrze roztworu wodorotlenku sodu (NaOH) (stężenie 1 M, masa cząsteczkowa 40 g mol-1) na 2 h.
- Następnie dokładnie przemyć membranę 1 L wody destylowanej przez 10 min, co najmniej trzy razy w warunkach otoczenia.
UWAGA: Wszystkie przygotowane membrany przechowywano w roztworze 0,5 M NaCl przez noc przed zastosowaniem w stosie RED, aby zwiększyć przewodnictwo membrany i zapewnić stabilną wydajność podczas pomiarów stosu RED. Tabela 1 opisuje właściwości membran10,11.
| Specyfikacja | Jednostka | CEM | AEM |
| Stopień pęcznienia | % | 5±1 | 1±0.5 |
| Gęstość ładunku lub pojemność wymiany jonowej | meq/g | 1.8 | ~1.6 |
| Właściwości mechaniczne (Wytrzymałość na rozciąganie) | MPa | >40 | 40-50 |
| Wydłużenie do zerwania | % | ~42 | 30-50 |
| Moduł Younga (MPa) | 1500±100 | 1000-1500 | |
| Przewodność w temperaturze pokojowej | S/cm | ~0.03 | ~0.025 |
| Permselektywność | % | 98-99 | 94-96 |
| Grubość | μm | 50±2 | 50±3 |
| Rozpuszczalnik | - | Dimetyloacetamid (DMAc) | N-metylo-2-pirolidon (NMP) |
Tabela 1: Właściwości membran. Podsumowanie właściwości membran kationowymiennych i anionowymiennych.
3. Budowa układu odwróconej elektrodializy
- Montaż stosu RED
- Przygotować roztwór modelowy wykorzystując 0,6 M NaCl dla komór o wysokim stężeniu (HC) oraz 0,01 M NaCl dla komór o niskim stężeniu (LC)12.
UWAGA: W tym przypadku wodę rzeczną uznaje się za roztwór soli o niskim stężeniu, a wodę morską za roztwór soli o wysokim stężeniu. - Przygotować po 5 L roztworu o wysokim i niskim stężeniu w dużym pojemniku połączonym rurkami. Roztwory mieszać w warunkach otoczenia (temperatura pokojowa) przez co najmniej 2 h przed użyciem w stosie RED.
- Przygotować mieszaninę 0,05 M [Fe (CN)6]-3/ [Fe (CN)6]-4 oraz 0,3 M NaCl w 500 mL wody jako roztwór płuczący dla RED.
- Połączyć wszystkie trzy pojemniki z roztworami ze stosem RED za pomocą gumowych rurek poprzez pompę perystaltyczną i manometry. Do roztworu płuczącego użyć rurek o rozmiarze L/S 16, a do roztworów HC i LC rurek o rozmiarze L/S 25.
- Aby zbudować stos RED, należy wziąć dwie płyty czołowe wykonane z polimetakrylanu metylu (PMMA). Połączyć obie płyty czołowe poziomo, licem do siebie, za pomocą nakrętek, śrub i podkładek z siłą 25 Nm, używając cyfrowego klucza dynamometrycznego. Grubość płyt czołowych PMMA wynosi 3 cm, a ścieżki kanałów przepływowych dla roztworów HC, LC oraz roztworu płuczącego zostały wykonane w płytach przez wiertarkę2.
- Umieścić dwie elektrody siatkowe wykonane z tytanu (Ti) powlekanego mieszaniną irydu (Ir) i rutenu (Ru) w stosunku 1:1 na końcach płyt PMMA. Obie elektrody końcowe połączyć krokodylkami miernika źródłowego.
UWAGA: Obie płyty czołowe PMMA są wyposażone w elektrody siatkowe, obie elektrody zostały warstwowo pokryte kwadratowym dystansem, a płyta czołowa PMMA została osłonięta gumową uszczelką skierowaną do wewnątrz. Następnie membrany CEM i AEM są rozmieszczane naprzemiennie, oddzielone uszczelkami silikonowymi i dystansami, jak pokazano na Rysunku 3. - Instalować uszczelki silikonowe, polimerowe dystanse i membrany wymiany jonowej (CEM i AEM) warstwa po warstwie, zgodnie ze schematem na Rysunku 4 i Rysunku 5. Upewnić się, że powierzchnia czynna elektrod, obu membran, dystansów zewnętrznych i wewnętrznych oraz uszczelek zewnętrznych i wewnętrznych wynosi 7 x 7 = 49 cm2.
- Przeprowadzać roztwory o wysokim i niskim stężeniu z odpowiednich komór za pomocą pomp perystaltycznych, zgodnie ze schematem na Rysunku 4.
- Cyrkulować roztwór płuczący w zewnętrznych komorach elektrod i membran w trybie recyrkulacji przy użyciu pomp perystaltycznych. Przepływ zastosowany dla roztworu płuczącego wynosi 50 mL min-1.
- Do analizy wydajności każdej membrany stosuje się stały przepływ. W tym doświadczeniu wykorzystano przepływ 100 mL min-1 za pomocą pompy perystaltycznej.
- Przygotować roztwór modelowy wykorzystując 0,6 M NaCl dla komór o wysokim stężeniu (HC) oraz 0,01 M NaCl dla komór o niskim stężeniu (LC)12.
Rycina 4: Schematyczne przedstawienie połączenia rurek ze stossem do odwróconej elektrodializy. Połączenie układu odwróconej elektrodializy z pompami perystaltycznymi, zbiornikiem z roztworem o wysokim stężeniu, zbiornikiem z roztworem o niskim stężeniu, zbiornikiem z roztworem płuczącym oraz zbiornikiem na odpady. Przedstawiono również ułożenie dystansera względem membrany wymiany anionowej (AEM) i membrany wymiany kationowej (CEM). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 5: Schemat różnych warstw w układzie do odwróconej elektrodializy. (a) Widok w przekroju schematu odwróconej elektrodializy pokazuje kierunek przepływu roztworu o wysokim stężeniu, roztworu o niskim stężeniu oraz roztworu do płukania elektrod. Pozostałe komponenty, takie jak elektrody, uszczelki zewnętrzne i wewnętrzne, dystansory zewnętrzne i wewnętrzne, membrana wymiany kationowej oraz membrana wymiany anionowej. (b) Widok z przodu stosu, pokazujący kierunek przepływu roztworu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
4. Pomiar odwróconej elektrodializy
- Obliczenia mocy
- Przepuść roztwór o wysokim stężeniu, niskim stężeniu oraz roztwór płuczący przez stos przez co najmniej 5 min. Zmierz wydajność wyjściową RED za pomocą miernika źródłowego podłączonego do obu elektrod stosu RED13.
- Oblicz charakterystykę prądowo-napięciową stosu RED w funkcji gęstości mocy, stosując metodę galwanostatyczną.
UWAGA: W metodzie galwanostatycznej przez elektrody przyłożony jest stały prąd i mierzy się prąd wynikający. Prąd wynikający jest prądem generowanym w wyniku reakcji elektrochemicznej w stosie. Pomiar jest przeprowadzany przy statycznym napięciu 0,05 V ze stałym prądem sweep wynoszącym 10 mA. - Maksymalną gęstość mocy dla stosu RED mierzy się za pomocą następującego równania 1.
(1)
Gdzie Pmax to maksymalna gęstość mocy stosu RED (Wm-2), Ustack to napięcie (V) generowane przez membranę w stosie, Istack to zarejestrowany prąd (A), a Amem to powierzchnia aktywna membran (m2).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Wydajność mocy netto
Ogniwo RED generuje energię elektryczną zazwyczaj z gradientu zasolenia roztworu soli, tj. z ruchu jonów w przeciwnych kierunkach przez membranę. Aby prawidłowo złożyć stos RED, należy starannie wyrównać wszystkie warstwy, w tym elektrody, uszczelki, membrany i dystansory w stosie, zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 4 i rysunku 5. Jeśli stos nie jest idealnie wyrównany, mogą wystąpić dwa problemy: (i) w stosi...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Zasada działania RED jest w głównej mierze zdominowana przez fizykochemiczne właściwości membrany, która stanowi kluczowy element systemu RED, co zilustrowano na Rysunku 3. W tym miejscu opisujemy podstawowe charakterystyki membrany niezbędne do stworzenia wysokowydajnego systemu RED. Specyficzna przepuszczalność jonowa membrany sprawia, że przez jej polimerowe nanokanały przechodzi tylko jeden rodzaj jonów. Zgodnie z nazwą, CEM umożliwia przenikanie kationów z jednej strony na drugą i bloku...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Podziękowania
Ta praca była wspierana przez grant Narodowej Fundacji Badawczej Korei (NRF) ufundowany przez rząd Korei (MEST) (Nie. NRF-2017R1A2A2A05001329). Autorzy manuskryptu są wdzięczni Uniwersytetowi Sogang w Seulu w Republice Korei.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Membrana na bazie AEM | Fumion | P1810-194 | Jonomer |
| Membrana na bazie CEM | Fumion | E550 | Ionomer |
| Cyfrowy klucz dynamometryczny | Torqueworld | WP2-030-09000251 | |
| Labview oprogramowanie | Natiaonal | Instrument-Software | |
| Laptop | LG-PC | ||
| Mieszadło magnetyczne | Lab | Companion-MS-17BB | |
| N, N-DIMETYLOACETAMID | Sigma aldrich | 271012 | Chemiczny |
| N-metylo-2-pirolidon | Daejung | 872-50-4 | Chemiczna |
| pompa perystaltyczna | EMS tech | Inc-EMP | 2000W |
| Trójwodzian heksacyjanożelazianu potasu (II) | Sigma aldrich | P3289 | Chemiczny |
| potas heksacyjanożelazian (III) | Sigma Aldrich | 244023 | |
| Manometr | Swagelok-Guage | ||
| Konfiguracja odwróconej elektrodializy | wykonana w | ||
| systemie RO laboratorium czysta woda | KOTITI-Woda | ||
| Parownik obrotowy | Hitachi | YEFO-KTPM | Silnik indukcyjny |
| Chlorek | soduSigma aldrich | S9888 | Chemiczny |
| wodorotlenek sodu | Merk | 1310-73-2 | Miernik źródła chemicznego |
| Keithley-2410 | |||
| Dystans | Nitex, SEFAR | 06-250/34 | Dystans |
| Kwas siarkowy | Daejung | 7664-93-9 | Rurka chemiczna |
| Rurka Masterflex | 96410-25 | Rurka gumowa |
Bibliografia
- 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. Energy Generation Using Reverse Electrodialysis: Principles, Implementation, and Applications. , Springer. (2019).
- Mei, Y., Tang, C. Y. Recent developments and future perspectives of reverse electrodialysis technology: A review. Desalination. 425, 156-174 (2018).
- Yip, N. Y., Brogioli, D., Hamelers, H. V. M., Nijmeijer, K. Salinity gradients for sustainable energy: primer, progress, and prospects. Environmental Science & Technology. 50, 12072-12094 (2016).
- Li, W., et al. A novel hybrid process of reverse electrodialysis and reverse osmosis for low energy seawater desalination and brine management. Applied Energy. 104, 592-602 (2013).
- Brauns, E. Salinity gradient power by reverse electrodialysis: effect of model parameters on electrical power output. Desalination. 237, 378-391 (2009).
- Cusick, R. D., Kim, Y., Logan, B. E. Energy capture from thermolytic solutions in microbial reverse-electrodialysis cells. Science. 335, 1474-1477 (2012).
- Kim, D. H., Park, B. H., Kwon, K., Li, L., Kim, D. Modeling of power generation with thermolytic reverse electrodialysis for low-grade waste heat recovery. Applied Energy. 189, 201-210 (2017).
- Hong, J. G., et al. Potential ion exchange membranes and system performance in reverse electrodialysis for power generation: A review. Journal of Membrane Science. 486, 71-88 (2015).
- Choi, S. -Y., et al. Controlling fuel crossover in open electrochemical cells by tuning the water nanochannel for power generation. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 8, 8613-8623 (2020).
- Shah, S. A., et al. Modified single-wall carbon nanotube for reducing fouling in perfluorinated membrane-based reverse electrodialysis. International Journal of Hydrogen Energy. 45, 30703-30719 (2020).
- Kwon, K., Han, J., Park, B. H., Shin, Y., Kim, D. Brine recovery using reverse electrodialysis in membrane-based desalination processes. Desalination. 362, 1-10 (2015).
- Kwon, K., Park, B. H., Kim, D. H., Kim, D. Parametric study of reverse electrodialysis using ammonium bicarbonate solution for low-grade waste heat recovery. Energy Conversion and Management. 103, 104-110 (2015).
- Hatzell, M. C., Ivanov, I., Cusick, R. D., Zhu, X., Logan, B. E. Comparison of hydrogen production and electrical power generation for energy capture in closed-loop ammonium bicarbonate reverse electrodialysis systems. Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 1632-1638 (2014).
- Zhu, X. P., He, W. H., Logan, B. E. Reducing pumping energy by using different flow rates of high and low concentration solutions in reverse electrodialysis cells. Journal of Membrane Science. 486, 215-221 (2015).
- Vermaas, D. A., Saakes, M., Nijmeijer, K. Doubled power density from salinity gradients at reduced intermembrane distance. Environmental Science & Technology. 45, 7089-7095 (2011).
- Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., Harmsen, G. J. Reverse electrodialysis: Performance of a stack with 50 cells on the mixing of sea and river water. Journal of Membrane Science. 327, 136-144 (2009).
- Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., Harmsen, G. J. Electrical power from sea and river water by reverse electrodialysis: a first step from the laboratory to a real power plant. Environmental Science & Technology. 44, 9207-9212 (2010).
- Batchelor, C. K., Batchelor, G. K. An Introduction to Fluid Dynamics. , Cambridge University Press. (2000).
- Schock, G., Miquel, A. Mass transfer and pressure loss in spiral wound modules. Desalination. 64, 339-352 (1987).
- Da Costa, A. R., Fane, A. G., Wiley, D. E. Spacer characterization and pressure drop modelling in spacer-filled channels for ultrafiltration. Journal of Membrane Science. 87, 79-98 (1994).
- Vermaas, D. A., Veerman, J., Saakes, M., Nijmeijer, K. Influence of multivalent ions on renewable energy generation in reverse electrodialysis. Energy & Environmental Science. 7, 1434-1445 (2014).
- Vermaas, D. A., Saakes, M., Nijmeijer, K. Enhanced mixing in the diffusive boundary layer for energy generation in reverse electrodialysis. Journal of Membrane Science. 453, 312-319 (2014).
- Moreno, J., Grasman, S., van Engelen, R., Nijmeijer, K. Upscaling reverse electrodialysis. Environmental Science & Technology. 52, 10856-10863 (2018).
- Sarkar, S., SenGupta, A. K., Prakash, P. The donnan membrane principle: opportunities for sustainable engineered processes and materials. Environmental Science & Technology. 44, 1161-1166 (2010).
- Kim, H. -K., et al. High power density of reverse electrodialysis with pore-filling ion exchange membranes and a high-open-area spacer. Journal of Materials Chemistry A. 3, 16302-16306 (2015).
- Długołęcki, P., Nymeijer, K., Metz, S., Wessling, M. Current status of ion exchange membranes for power generation from salinity gradients. Journal of Membrane Science. 319, 214-222 (2008).
- Geise, G. M., Curtis, A. J., Hatzell, M. C., Hickner, M. A., Logan, B. E. Salt concentration differences alter membrane resistance in reverse electrodialysis stacks. Environmental Science & Technology Letters. 1, 36-39 (2014).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
