Труды сотрудников ИВМ СО РАН

[Текст] : статья / Д. В. Лебедев [и др.] // Мембраны и мембранные технологии. - 2017. - Т. 7, № 2. - С. 86-98, DOI 10.1134/S2218117217020031 . - ISSN 2218-1172
Аннотация: Предложен новый тип керамических мембран с ионной селективностью на основе нановолокон оксида алюминия (NafenTM), покрытых слоем углерода. Синтез мембран осуществляется методом вакуумной фильтрации коллоидного раствора волокон Nafen с последующим термическим отжигом и нанесением углеродного слоя методом химического осаждения из газовой фазы (chemical vapor deposition, CVD). Данные просвечивающей электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния подтверждают формирование углеродного слоя толщиной до 2 нм на нановолокнах. По данным низкотемпературной адсорбции азота, это приводит к уменьшению размера пор (максимум функции распределения смещается от 28 к 16 нм) и соответственному снижению пористости (с 75 до 62%) и удельной поверхности мембраны (с 146 до 107 м2 г–1). С помощью потенциометрического метода установлено, что нанесение углеродного слоя на мембраны из волокон Nafen придает им выраженные ионоселективные свойства. Измерения в водном растворе KCl показали, что полученные мембраны являются анион-селективными с числами переноса 0.94 для аниона и 0.06 для катиона. Определена плотность фиксированного заряда мембран путем аппроксимации экспериментальных данных моделью Теорелла–Мейера–Сиверса. Показано, что плотность заряда возрастает с увеличением концентрации электролита. Полученные мембраны могут быть применены в области нано- и ультрафильтрации, а также для разделения заряженных компонентов смесей. Нанесение проводящего углеродного слоя на поверхность пор является перспективным для создания мембран с управляемой ионной селективностью.
A novel type of ion-selective membranes based on NafenTM alumina nanofibers covered with carbon is proposed. The membranes are produced by filtration of Nafen nanofiber suspension through a porous support followed by drying and sintering. A thin carbon layer (up to 2 nm) is deposited on the nanofibers with the help of chemical vapor deposition (CVD). Its formation is confirmed by the results of Raman spectroscopy and visually observed in TEM images. According to low temperature nitrogen adsorption experiments, the formation of carbon layer leads to decreasing pore size (the maximum of pore size distribution shifts from 28 to 16 nm) and the corresponding decrease of porosity (from 75 to 62%) and specific surface area (from 146 to 107 m2 g–1). The measurement of membrane potential in an electrochemical cell shows that the deposition of carbon on the membrane results in high ionic selectivity. In an aqueous KCl solution, the membranes display high anion–selectivity with transference numbers 0.94 for anion and 0.06 for cation. The fixed charge density of membrane is determined by fitting the experimental data with the help of Teorell–Meyer–Sievers model. It is found that the density of fixed membrane charge increases with increasing the electrolyte concentration. The potential applications of produced membranes include nano- and ultrafiltration as well as separation of charged species in mixtures. The formation of conductive carbon layer on the pore surface can be employed for producing membranes with switchable ion-transport selectivity. Keywords: alumina nanofiber, membrane, chemical vapor deposition, carbon, membrane potential measurement, ionic permselectivity, Teorell–Meyer–Sievers model

РИНЦ

Держатели документа:
Институт вычислительного моделирования СО РАН, Академгородок 50-44, Красноярск, Россия
Институт химии и химической технологии СО РАН, Академгородок 50-24, Красноярск, Россия
Красноярский научный центр СО РАН, Академгородок 50, Красноярск, Россия
Национальный исследовательский университет “МИЭТ”, Площадь Шокина, 1, Зеленоград, Москва, Россия

Доп.точки доступа:
Лебедев, Д.В.; Шиверский, А.В.; Симунин, М.М.; Солодовниченко, В.С.; Парфенов, В.А.; Быканова, В.В.; Хартов, С.В.; Рыжков, И.И.

/ V. S. Solodovnichenko [et al.] // Adv. Eng. Mater. - 2017. - Vol. 19, Is. 11. - Ст. 1700244, DOI 10.1002/adem.201700244. - Cited References:60. - This work is supported by the Russian Science Foundation, Project 15-19-10017. The physicochemical analysis of materials was carried out on equipment of Krasnoyarsk Scientific Center of Shared Facilities SB RAS. . - ISSN 1438-1656. - ISSN 1527-2648РУБ Materials Science, Multidisciplinary

Аннотация: The authors propose a novel type of ion-selective membranes, which combine the advantages of ceramic nanofibrous media with good electrical conductivity. The membranes are produced from Nafen alumina nanofibers (diameter around 10nm) by filtration of nanofiber suspension through a porous support followed by drying and sintering. Electrical conductivity is achieved by depositing a thin carbon layer on the nanofibers by chemical vapor deposition (CVD). Raman and FTIR spectroscopy, X-ray fluorescence analysis, and TEM are used to confirm the carbon structure formation. The deposition of carbon leads to decreasing porosity (from 75 to 62%) and specific surface area (from 146 to 107m(2) g(-1)) of membranes, while the pore size distribution maximum shifts from 28 to 16nm. Measurements of membrane potential in an electrochemical cell show that the carbon coated membranes acquire high ionic selectivity (transference numbers 0.94 for anion and 0.06 for cation in aqueous KCl). Fitting the membrane potential data by the Teorell-Meyer-Sievers model shows that the fixed membrane charge increases proportionally with increasing electrolyte concentration. The carbon coated membranes are ideally polarizable for applied voltages from -0.5 to +0.8V. The potential applications of produced membranes include nano- and ultrafiltration, separation of charged species, and switchable ion-transport selectivity.

WOS,
Смотреть статью

Держатели документа:
Inst Computat Modeling SB RAS, Akademgorodok 50-44, Krasnoyarsk, Russia.
Fed Res Ctr KSC SB RAS, Akademgorodok 50, Krasnoyarsk, Russia.
Natl Res Univ Elect Technol MIET, Shokin Sq 1, Moscow, Russia.
Inst Chem & Chem Technol SB RAS, Akademgorodok 50-24, Krasnoyarsk, Russia.

Доп.точки доступа:
Solodovnichenko, Vera S.; Lebedev, Denis V.; Bykanova, Victoria V.; Shiverskiy, Alexey V.; Simunin, Mikhail M.; Parfenov, Vladimir A.; Ryzhkov, Ilya I.; Russian Science Foundation [15-19-10017]