Membranas de troca de íons para a fabricação do dispositivo de eletrodiálise reversa

Resumo

Demonstramos a fabricação de um dispositivo de eletrodiálise reversa usando uma membrana de troca de cáção (CEM) e membrana de troca de ânion (AEM) para geração de energia.

Resumo

A eletrodiálise reversa (RED) é uma maneira eficaz de gerar energia misturando duas concentrações de sal diferentes na água usando membranas de troca de cáção (CEM) e membranas de troca de ânion (AEM). A pilha RED é composta por um arranjo alternado da membrana de troca de cá de cáção e membrana de troca de ânion. O dispositivo RED atua como um potencial candidato para atender à demanda universal por futuras crises energéticas. Aqui, neste artigo, demonstramos um procedimento para fabricar um dispositivo de eletrodiálise reversa utilizando CEM e AEM em escala laboratorial para produção de energia. A área ativa da membrana de troca de íons é de 49 cm². Neste artigo, fornecemos um procedimento passo-a-passo para sintetizar a membrana, seguido da montagem da pilha e medição de energia. As condições de medição e o cálculo da saída de energia líquida também foram explicados. Além disso, descrevemos os parâmetros fundamentais que são levados em consideração para a obtenção de um resultado confiável. Também fornecemos um parâmetro teórico que afeta o desempenho geral da célula relacionada à membrana e à solução de alimentação. Em suma, este experimento descreve como montar e medir células VERMELHAs na mesma plataforma. Ele também contém o princípio de trabalho e o cálculo utilizados para estimar a saída de energia líquida da pilha RED usando membranas CEM e AEM.

Introdução

A coleta de energia dos recursos naturais é um método econômico que é ecologicamente correto, tornando nosso planeta verde e limpo. Vários processos foram propostos até agora para extrair energia, mas a eletrodiálise reversa (RED) tem um enorme potencial para superar a questão da crise energética¹. A produção de energia da eletrodiálise reversa é um avanço tecnológico para a descarbonização da energia global. Como o nome sugere, o RED é um processo inverso, onde o compartimento de células alternativas é preenchido com a solução de sal de alta concentração e solução de sal de baixa concentração². O potencial químico gerad....

Protocolo

1. Exigência experimental

1. Compre polímero de ionômero de troca de íons, fibra de polímero E-550 sulfonated-PEEK para preparar CEM e FAA-3 para preparar a AEM. Certifique-se de que todos os polímeros de ionômeros sejam armazenados em um ambiente limpo, seco e sem poeira antes de usar.
2. Utilize solventes de alta pureza (>99%), incluindo N-Methyl-2- pyrrolidone com peso molecular 99,13 g mol^-1 e N, N-Dimethylacetamida com peso molecular 87,12, para preparar solução de ionômero homogêneo. Certifique-se de que todos os produtos químicos e solventes de grau analítico são usados para a preparação da membrana, conforme recebido sem qualquer purif....

Resultados

Saída de energia líquida
A célula vermelha geralmente gera energia elétrica a partir do gradiente de salinidade da solução de sal, ou seja, o movimento dos íons na direção oposta através da membrana. Para montar a pilha RED corretamente, é preciso alinhar todas as camadas, incluindo eletrodos, juntas, membranas e espaçadores na pilha cuidadosamente, como demonstrado no diagrama esquemático da Figura 4 e Figura 5. Se a pilha não estiver perfei.......

Discussão

O princípio de trabalho do RED é dominado principalmente pelas propriedades físico-químicas da membrana, que é uma parte crucial do sistema RED, conforme ilustrado na Figura 3. Aqui, descrevemos as características fundamentais da membrana para a entrega de um sistema RED de alto desempenho. A permeabilidade de íons específico da membrana faz com que passe um tipo de íons através de seu nanocanal de polímero. Como o nome sugere, o CEM pode passar o cáção de um lado para o outro e restringe a .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Membrana à base de AEM	Fumion	P1810-194	Ionômero
Membrana à base de CEM	Fumion	E550	Ionômero
Chave de torque digital	Torqueworld	WP2-030-09000251	Software
Labview Software	Instrumento Nacional
Laptop	LG-PC
Agitador magnético	Lab		Companion-MS-17BB
N, N-Dimetilacetamida	Sigma aldrich	271012	Químico
N-Metil-2-pirrolidona	Daejung	872-50-4
Bomba peristáltica	EMS tech Inc-EMP		2000W
Hexacianoferrato de potássio (II) trihidratado	Sigma aldrich	P3289	Potássio químico
hexacianoferrato (III)	Sigma aldrich	244023
Manômetro	Swagelok-Guage
Configuração de eletrodiálise reversa	fabricada em sistema	de
pura	KOTITI-Water
Evaporador rotativo	Hitachi	YEFO-KTPM	Motor de indução
Cloreto	de sódioSigma aldrich	S9888	Hidróxido
de Sódio	Merk	1310-73-2	Medidor
Fonte	Keithley-2410
Espaçador	Nitex, SEFAR	06-250/34	Espaçador
Ácido sulfúrico	Daejung	7664-93-9	Tubo Químico
	Tubo Masterflex	96410-25	Tubo de borracha

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