Стационарная модель переноса ионов соли в двумерном электродиализном канале обессоливания в гальваностатическом режиме
Автор: Узденова А.М., Уртенов М.Х.
Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 4 т.18, 2018 года.
Бесплатный доступ
Введение. Статья посвящена теоретическому описанию процесса переноса ионов в мембранных системах в гальваностатическом режиме. В качестве мембранной системы рассматривается канал обессоливания электродиализного аппарата. Цели работы: создание и верификация двумерной математической модели стационарного переноса ионов соли в канале обессоливания электродиализного аппарата для гальваностатического режима.Материалы и методы. Предложена новая модель переноса ионов. Она основана на системе уравнений Нернста — Планка — Пуассона для электрического потенциала и на уравнении для функции электрического тока. Получено численное решение краевой задачи модели методом конечных элементов с помощью программного пакета Comsol Multiphysics.Результаты исследования. Разработанная математическая модель позволяет описать стационарный перенос ионов бинарной соли в канале обессоливания электродиализного аппарата. При этом учитываются нарушение электронейтральности раствора и формирование расширенной области пространственного заряда при сверхпредельных токах в гальваностатическом режиме...
Перенос ионов, ионообменная мембрана, мембранная система, гальваностатический режим, математическая модель, уравнения нернста - планка - пуассона, расширенная область пространственного заряда
Короткий адрес: https://sciup.org/142217057
IDR: 142217057 | DOI: 10.23947/1992-5980-2018-18-4-426-437
Список литературы Стационарная модель переноса ионов соли в двумерном электродиализном канале обессоливания в гальваностатическом режиме
- Science and technology for water purification in the coming decades/M.-A. Shannon//Nature. -2008. -Vol. 452 (7185). -P. 301-310. - DOI: https://doi.org/10.1038/nature06599
- Direct seawater desalination by ion concentration polarization/S.-J.Kim//Nature Nanotechnology. -2010. -V. 5. -P. 297-301. - DOI: https://doi.org/10.1038/nnano.2010.34
- Kim, S.-J.Nanofluidic concentration devices for biomolecules utilizing ion concentration polarization: theory, fabrication, and applications/S.-J. Kim, Y.-A. Song, J. Han//Chemical Society Reviews. -2010. -Vol. 39 (3). -P. 912-922. - DOI: https://doi.org/10.1039/b822556g
- Elimelech, M. The Future of Seawater Desalination: Energy, Technology, and the Environment/M. Elimelech, W.-A.Phillip//Science. -2011. -Vol. 333. -P. 712-717. - DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200488
- Intensive current transfer in membrane systems: Modelling mechanisms and application in electrodialysis/V. V. Nikonenko//Advances in Colloid and Interface Science. -2010. -Vol. 160. -P. 101-123. -DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2010.08.001
- Desalination at overlimiting currents: State-of-the-art and perspectives/V. V. Nikonenko//Desalination. -2014. -Vol. 342. -P.85-106. -DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.01.008
- Effect of electroconvection and its use in intensifying the mass transfer in electrodialysis (Review)/V. V. Nikonenko//Russian Journal of Electrochemistry. -2017. -Vol. 53 (10). -P. 1122-1144. -DOI: https://doi.org/10.1134/S1023193517090099
- Effect of Anion-exchange Membrane Surface Properties on Mechanisms of Overlimiting Mass Transfer/E. I. Belova//Journal of Physical Chemistry. B. -2006. -Vol. 110. -P. 13458-13469. - DOI: https://doi.org/10.1021/jp062433f
- Effect of counterion hydration numbers on the development of Electroconvection at the surface of heterogeneous cation-exchange membrane modified with an MF-4SK film/V. V.Gil//Petroleum Chemistry. -2016. -Vol. 56 (5). -P. 440-449. -DOI: https://doi.org/10.1134/S0965544116050066
- Effect of surface hydrophobization on chronopotentiometric behavior of an AMX anion-exchange membrane at overlimiting currents/E.Korzhova//Journal of Membrane Science. -2016. -Vol. 500. -P. 161-170. -DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.11.018
- Лаврентьев, А. В. Математическое моделирование переноса в электромембранных системах с учетом конвективных течений/А. В. Лаврентьев, А. В. Письменский, М. Х. Уртенов. -Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2006. -147 с.
- Model and Experimental Studies of Gravitational Convection in an Electromembrane Cell/A. V. Pismensky//Russian Journal of Electrochemistry. -2012. -Vol. 48(7). -P. 830-841. -DOI: https://doi.org/10.1134/S1023193512070075
- Коваленко, А. В. 3D-моделирование переноса бинарного электролита в гальваностатическом режиме в условиях электронейтральности/А. В. Коваленко, Е. В. Казаковцева, М. Х. Уртенов//Научный журнал КубГАУ. -2015. -№ 110 (06). -C.1-12. -Режим доступа: http://www.ej.1gb.ru/2015/06/pdf/23.pdf (дата обращения 02.03.18).
- Chronopotentiometric Response of Electrically Heterogeneous Permselective Surface: 3D Modelling of Transition Time and Experiment/S. A. Mareev//Journal of Physical Chemistry. C. -2016. -Vol. 120. -P. 13113-13119. -DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b03629
- Мареев, С. А. Одномерное моделирование результатов хронопотенциометрии в сверхпредельных токовых режимах/С. А. Мареев//Конденсированные среды и межфазные границы. -2015. -Т. 17, № 2. -С. 171-180. -Режим доступа: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_17_2_2015_006.pdf (дата обращения 05.11.18).
- Chronopotentiometry of ion-exchange membranes in the overlimiting current range. Transition time for a finite-length diffusion layer: modeling and experiment/S. A. Mareev//Journal of Membrane Science. -2016. -Vol. 500. -P. 171-179. -Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.11.026 (дата обращения 05.11.18).
- Анализ краевой задачи модели переноса бинарного электролита в приближении закона Ома/А. В. Коваленко//Научный журнал КубГАУ. -2012. -№ 77 (03). -С.1-14. -Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/03/pdf/57.pdf (дата обращения 05.11.18).
- Численное решение краевой задачи модели переноса бинарного электролита в приближении закона Ома/А. В. Коваленко//Научный журнал КубГАУ. -2012. -№ 77 (03). -С.1-16. -Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/03/pdf/58.pdf (дата обращения 05.11.18).
- Хромых, А. А. Асимптотическое решение краевой задачи модели ЗОМ тернарного электролита/А. А. Хромых, А. В. Коваленко, М. Х. Уртенов//Фундаментальные исследования. -2014. -№ 8, ч. 3. -С. 600-606.
- Kovalenko, A. V. Decomposition of the two-dimensional Nernst-Planck-Poisson equations for a ternary electrolyte/A. V. Kovalenko, A. A. Khtomykh, M. K.Urtenov//Doklady Mathematics. -2014. -V. 90 (2). -P. 635-636. -DOI: https://doi.org/10.1134/S1064562414060271
- Коваленко, А. В. 2D-моделирование переноса ионов соли для бинарного электролита в гальванодинамическом режиме/А. В. Коваленко, А. М. Узденова, М. Х. Уртенов//Экологический вестник научных цен-тров Черноморского экономического сотрудничества. -2013. -№ 3. -С.67-76.
- Numerical Simulation of the Nonequilibrium Diffuse Double Layer in Ion-Exchange Membranes/J.-A.Manzanares//Journal of Physical Chemistry. -1993. -Vol. 97. -P. 8524-8530. - DOI: https://doi.org/10.1021/j100134a023
- Moya, A.-A. Electrochemical impedance of ion-exchange systems with weakly charged membranes/A.-A. Moya//Ionics. -2013. -Vol. 19. -P. 1271-1283. -DOI: https://doi.org/10.1007/s11581-013-0850-0
- Newman, J.-S. Electrochemical systems/J.-S. Newman. -New Jersey: Prentice Hall, 1973. -464 p.
- Rubinstein, I. Voltage against current curves of cation exchange membranes/I. Rubinstein, L.Shtilman//Journal of the Chemical Society Faraday Transactions. -1979. -Vol. 75. -P. 231-246. - DOI: https://doi.org/10.1039/F29797500231
- Doolan, E.-P. Uniform numerical methods for problems with initial and boundary layers/E.-P. Doolan, J.-J.-H. Miller, W.-H.-A.Schilders. -Dublin: Boole Press, 1980. -324 p.
- Математическое моделирование физико-химических процессов в среде ComsolMultiphysics 5. 2/А. В. Коваленко. -Санкт-Петербург: Лань, 2017. -228 с.
- Мембраны и мембранные технологии/Под. ред. А. Б. Ярославцева. -Москва: Научный мир, 2013. -612 с.
- 2D-моделирование переноса бинарного электролита в электромембранных системах/А. В. Коваленко//Известия Кубан. гос. ун-та. Естественные науки. -2013. -№ 2. -С.52-57.
Статья научная
