Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Высшей школы экономики и Китайского университета науки и техники предложили подход для увеличения специфической селективности анионообменных мембран. Разработка будет способствовать повышению качества водоподготовки в частном и промышленном секторе, извлечению ценных компонентов и улучшению экологической ситуации на планете. Результаты исследования опубликованы в журнале Desalination.
Качественная водоподготовка является современным трендом устойчивого развития: с каждым годом доступность пресной воды снижается из-за ее интенсивного использования, загрязнения и слабого развития систем водоочистки в промышленности и в бытовом секторе. Один из путей получения питьевой воды – опреснение морской. Для этого применяют разные устройства, в том числе, ионообменные мембраны – тонкие селективные пленки, в структуре которых специфические химические группы обеспечивают прохождение одних и отсечение других ионов. При опреснении используют метод электродиализа: под действием электрического поля ионы с одинаковым зарядом переносятся через полимерную мембрану, концентрируясь в одной из камер диализатора. Однако существенное продвижение в этом направлении во многом ограничено свойствами используемых мембранных материалов и возможностями промышленных установок. Так, осложняющими факторами в процессе электродиализного разделения являются предпочтительный перенос многозарядных ионов и обусловленное этим образование осадка в камерах диализатора, что приводит к необходимости дополнительных мер по утилизации отходов и не позволяет разработать замкнутые циклы водопользования.
В рамках работы по совместному проекту Российского научного фонда (№ 23-43-00138), международный коллектив исследователей из России и Китая провел эксперименты по обессоливанию воды на примере промышленной мембраны и мембраны, которая была модифицирована полимерными электролитами с разными ионными группами, и создали компьютерную модель, позволяющую оценить селективность мембран к однозарядным ионам и влияние на нее различных экспериментальных факторов. Модифицированная мембрана оказалась заметно эффективнее промышленной, что привело к повышению степени разделения одно- и двузарядных ионов в модельных растворах солей. Предложенный подход позволит нивелировать риск осадкообразования в модулях промышленных установок электродиализа.
Исследование прокомментировал заведующий лабораторией ионики функциональных материалов ИОНХ РАН, академик РАН А.Б. Ярославцев: «Полагаем, что данная работа поможет большому числу научных групп как в России, так и за рубежом лучше прогнозировать свойства новых высокоселективных ионообменных мембран».
В дальнейшем российские и китайские авторы планируют продолжить плодотворное международное сотрудничество и разработать новые эффективные мембранные материалы для различных электрохимических приложений.
Источник: D.V. Golubenko, A.D. Manin, L. Wu, T. Xu, A.B. Yaroslavtsev. On the analysis of monovalent-ion selectivity of anion-exchange membranes // Desalination. 2024. V. 573. P. 117178. DOI: 10.1016/j.desal.2023.117178.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001191642300810X?via%3Dihub