Vi demonstrerer fabrikasjonen av en omvendt elektrodialyseenhet ved hjelp av en kationutvekslingsmembran (CEM) og anionutvekslingsmembran (AEM) for kraftproduksjon.
Omvendt elektrodialyse (RED) er en effektiv måte å generere kraft på ved å blande to forskjellige saltkonsentrasjoner i vann ved hjelp av kationutvekslingsmembraner (CEM) og anionutvekslingsmembraner (AEM). RED-stakken består av et vekslende arrangement av kationutvekslingsmembranen og anionutvekslingsmembranen. RED-enheten fungerer som en potensiell kandidat for å oppfylle den universelle etterspørselen etter fremtidige energikriser. Her demonstrerer vi i denne artikkelen en prosedyre for å fremstille en omvendt elektrodialyseenhet ved hjelp av laboratorieskala CEM og AEM for kraftproduksjon. Det aktive området av ionbyttemembranen er 49 cm2. I denne artikkelen gir vi en trinnvis prosedyre for å syntetisere membranen, etterfulgt av stabelens montering og kraftmåling. Måleforholdene og netto effektberegning er også forklart. Videre beskriver vi de grunnleggende parametrene som tas i betraktning for å oppnå et pålitelig resultat. Vi gir også en teoretisk parameter som påvirker den generelle celleytelsen knyttet til membranen og fôrløsningen. Kort sagt beskriver dette eksperimentet hvordan man monterer og måler RED-celler på samme plattform. Den inneholder også arbeidsprinsippet og beregningen som brukes til å estimere netto effekt av RED-stakken ved hjelp av CEM- og AEM-membraner.
Energihøsting fra naturressurser er en økonomisk metode som er miljøvennlig, og dermed gjør planeten vår grønn og ren. Flere prosesser er foreslått til nå å trekke ut energi, men omvendt elektrodialyse (RED) har et enormt potensial for å overvinne energikriseproblemet1. Kraftproduksjon fra Omvendt elektrodialyse er et teknologisk gjennombrudd for avkarbonisering av global energi. Som navnet antyder, er RED en omvendt prosess, hvor det alternative cellerommet er fylt med den høykonsentrerte saltoppløsningen og lavkonsentrert saltoppløsning2. Det kjemiske potensialet som genereres av saltkonsentrasjonsforskjellen på tvers av ionbyttemembranene, samlet fra elektrodene i rommetden.
Siden år 2000 har mange forskningsartikler blitt publisert, og gir innsikt i RED teoretisk og eksperimentelt3,4. Systematiske studier på driftsforhold og pålitelighetsstudier under stressforhold forbedret stakkarkitekturen og forbedret den generelle celleytelsen. Flere forskningsgrupper har avledet oppmerksomheten mot RED’s hybridapplikasjon, for eksempel RED med avsaltingsprosess5, RED med solenergi6, RØD med omvendt osmose (RO) prosess5, RØD med den mikrobielle brenselcellen7og RED med den utstrålende kjøleprosessen8. Som nevnt tidligere er det mye rom for å implementere RED sin hybridapplikasjon for å løse energi- og rentvannsproblemet.
Flere metoder er tatt i bruk for å forbedre RED-cellens ytelse og membranens ionbyttekapasitet. Skreddersøm-utvekslingsmembraner med forskjellige typer ioner ved hjelp av sulfonsyregruppe (-SO3H), fosfonsyregruppe (-PO3H2) og karboksylsyregruppe (-COOH) er en av de effektive måtene å endre membranens fysisk-kjemiske egenskaper. Anionbyttemembraner er skreddersydd med ammoniumgrupper ( )9. Den høye ioniske ledningsevnen til AEM og CEM uten å forringe membranens mekaniske styrke er den essensielle parameteren for å velge en passende membran for enhetsapplikasjon. Den robuste membranen under spenningsforhold gir mekanisk stabilitet til membranen og forbedrer enhetens holdbarhet. Her brukes en unik kombinasjon av høytytende frittstående sulfonert poly (eter eter keton) (sPEEK) som kationutvekslingsmembraner med FAA-3 som anionutvekslingsmembraner i RED-applikasjonen. Figur 1 viser flytskjemaet for den eksperimentelle prosedyren.
Figur 1: Prosedyrediagram. Strømningsskjemaet presenterer prosedyren som er vedtatt for fremstilling av ionutvekslingsmembran etterfulgt av prosessen for måling av omvendt elektrodialyse. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
RED’s arbeidsprinsipp domineres hovedsakelig av membranens fysisk-kjemiske egenskaper, som er en avgjørende del av RED-systemet, som illustrert i figur 3. Her beskriver vi de grunnleggende egenskapene til membranen for å levere et høytytende RED-system. Membranens spesifikke ionpermeabilitet gjør at den passerer en type ioner gjennom deres polymer nanokanal. Som navnet antyder, kan CEM sende kation fra den ene siden til en annen og begrenser anion, mens AEM kan sende anion og begrenser k…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av National Research Foundation of Korea (NRF) stipend finansiert av Korea-regjeringen (MEST) (Nei. NRF-2017R1A2A2A05001329). Forfatterne av manuskriptet er takknemlige for Sogang University, Seoul, Republikken Korea.
AEM based membrane | Fumion | P1810-194 | Ionomer |
CEM based membrane | Fumion | E550 | Ionomer |
Digital torque wrench | Torqueworld | WP2-030-09000251 | wrench |
Labview software | Natiaonal Instrument | – | Software |
Laptop | LG | – | PC |
Magnetic stirrer | Lab Companion | – | MS-17BB |
N, N-Dimethylacetamide | Sigma aldrich | 271012 | Chemical |
N-Methyl-2- pyrrolidone | Daejung | 872-50-4 | Chemical |
Peristaltic pump | EMS tech Inc | – | EMP 2000W |
Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate | Sigma aldrich | P3289 | Chemical |
Potassium hexacyanoferrate(III) | Sigma aldrich | 244023 | Chemical |
Pressure Gauge | Swagelok | – | Guage |
Reverse electrodialysis setup | fabricated in lab | – | Device |
RO system pure water | KOTITI | – | Water |
Rotary evaporator | Hitachi | YEFO-KTPM | Induction motor |
Sodium Chloride | Sigma aldrich | S9888 | Chemical |
Sodium Hydroxide | Merk | 1310-73-2 | Chemical |
Source meter | Keithley | – | 2410 |
Spacer | Nitex, SEFAR | 06-250/34 | Spacer |
Sulfuric acid | Daejung | 7664-93-9 | Chemical |
Tube | Masterflex tube | 96410-25 | Rubber tube |