Визначення можливості використання вольфрам-вмісних матеріалів в якості низьковартісних електродів для реверсивного електродіалізу
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239015Ключові слова:
реверсивний електродіаліз, універсальний електрод, твердий сплав, пасивація, анодне поведінка, вольфрам, нікельАнотація
Електродіаліз, особливо реверсивний, є перспективним методом опріснення води, концентрування розчинів, вилучення цінних компонентів зі стічних і промивних вод, генерації електроенергії. Основною проблемою є пошук низько-вартісних універсальних анодно-катодних матеріалів. Метою роботи є визначення можливості застосування твердого сплаву ВНЖ90 (5 % Ni, 5 % Fe, 90 % W) і гальванічно нанесеного сплаву Ni-W у якості універсального катодно-анодного матеріалу для реверсивного електродіалізу. Кристалічну структуру сплаву Ni-W вивчили методом ренгенофазового аналізу, морфологію – скануючою електронною мікроскопією. Анодне поводження обох сплавів вивчено методом вольтамперометрії в 6 % HCl у насиченому розчині NaCl.
Виявлено високу пасивність твердого сплаву ВНЖ90. На повторній анодній кривій щільність струму площадки пасивації знижується в 2,8 рази і становить 37 мА/дм2. Це вказує на перспективність використання твердого сплаву ВНЖ90 у якості універсального катодно-анодного матеріалу реверсивного електродіалізатору.
Для сплаву Ni-W так само виявлене явище істотної пассивации. На первинній кривій сплаву виявлено два піки розчинення й чітко виражену площадку пасивації. Імовірно, перший пік відповідає більше активній фазі з низьким вмістом W. Це підтверджується відсутністю на повторній анодній кривій першого піка та тотожністю площадок пасивації первинної і повторної кривих. Щільність струму пасивації становить 209 мА/дм2. Ці дані так само вказують на можливість і перспективність використання гальванічно нанесеного сплаву Ni-W у якості універсального катодно-анодного матеріалу реверсивного електродіализатору після оптимізації складу і способу нанесення сплаву та зниження швидкості зношування
Посилання
- Brauns, E. (2008). Towards a worldwide sustainable and simultaneous large-scale production of renewable energy and potable water through salinity gradient power by combining reversed electrodialysis and solar power? Desalination, 219 (1-3), 312–323. doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.04.056
- Doornbusch, G., van der Wal, M., Tedesco, M., Post, J., Nijmeijer, K., Borneman, Z. (2021). Multistage electrodialysis for desalination of natural seawater. Desalination, 505, 114973. doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2021.114973
- Jang, J. (2021). Ion Exchange Membrane for Reverse Electrodialysis. Academic Journal of Polymer Science, 5 (1). doi: https://doi.org/10.19080/ajop.2021.05.555654
- Hulme, A. M., Davey, C. J., Tyrrel, S., Pidou, M., McAdam, E. J. (2021). Transitioning from electrodialysis to reverse electrodialysis stack design for energy generation from high concentration salinity gradients. Energy Conversion and Management, 244, 114493. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114493
- Loza, S. A., Smyshlyaev, N. A., Korzhov, A. N., Romanyuk, N. A. (2021). Electrodialysis concentration of sulfuric acid. Chimica Techno Acta, 8 (1), 20218106. doi: https://doi.org/10.15826/chimtech.2021.8.1.06
- Scialdone, O., D’Angelo, A., Galia, A. (2015). Energy generation and abatement of Acid Orange 7 in reverse electrodialysis cells using salinity gradients. Journal of Electroanalytical Chemistry, 738, 61–68. doi: https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2014.11.024
- Luo, F., Wang, Y., Sha, M., Wei, Y. (2019). Correlations of Ion Composition and Power Efficiency in a Reverse Electrodialysis Heat Engine. International Journal of Molecular Sciences, 20 (23), 5860. doi: https://doi.org/10.3390/ijms20235860
- Logan, B. E., Elimelech, M. (2012). Membrane-based processes for sustainable power generation using water. Nature, 488 (7411), 313–319. doi: https://doi.org/10.1038/nature11477
- Luo, X., Cao, X., Mo, Y., Xiao, K., Zhang, X., Liang, P., Huang, X. (2012). Power generation by coupling reverse electrodialysis and ammonium bicarbonate: Implication for recovery of waste heat. Electrochemistry Communications, 19, 25–28. doi: https://doi.org/10.1016/j.elecom.2012.03.004
- Cusick, R. D., Kim, Y., Logan, B. E. (2012). Energy Capture from Thermolytic Solutions in Microbial Reverse-Electrodialysis Cells. Science, 335 (6075), 1474–1477. doi: https://doi.org/10.1126/science.1219330
- Altıok, E., Kaya, T. Z., Güler, E., Kabay, N., Bryjak, M. (2021). Performance of Reverse Electrodialysis System for Salinity Gradient Energy Generation by Using a Commercial Ion Exchange Membrane Pair with Homogeneous Bulk Structure. Water, 13 (6), 814. doi: https://doi.org/10.3390/w13060814
- Ortiz-Imedio, R., Gomez-Coma, L., Fallanza, M., Ortiz, A., Ibañez, R., Ortiz, I. (2019). Comparative performance of Salinity Gradient Power-Reverse Electrodialysis under different operating conditions. Desalination, 457, 8–21. doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2019.01.005
- Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., Harmsen, G. J. (2009). Reverse electrodialysis: Performance of a stack with 50 cells on the mixing of sea and river water. Journal of Membrane Science, 327 (1-2), 136–144. doi: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2008.11.015
- Tedesco, M., Brauns, E., Cipollina, A., Micale, G., Modica, P., Russo, G., Helsen, J. (2015). Reverse electrodialysis with saline waters and concentrated brines: A laboratory investigation towards technology scale-up. Journal of Membrane Science, 492, 9–20. doi: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.05.020
- Daniilidis, A., Vermaas, D. A., Herber, R., Nijmeijer, K. (2014). Experimentally obtainable energy from mixing river water, seawater or brines with reverse electrodialysis. Renewable Energy, 64, 123–131. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.11.001
- Othman, N. H., Kabay, N., Guler, E. (2021). Principles of reverse electrodialysis and development of integrated-based system for power generation and water treatment: a review. Reviews in Chemical Engineering. doi: https://doi.org/10.1515/revce-2020-0070
- Mehdizadeh, S., Kakihana, Y., Abo, T., Yuan, Q., Higa, M. (2021). Power Generation Performance of a Pilot-Scale Reverse Electrodialysis Using Monovalent Selective Ion-Exchange Membranes. Membranes, 11 (1), 27. doi: https://doi.org/10.3390/membranes11010027
- Vermaas, D. A., Veerman, J., Saakes, M., Nijmeijer, K. (2014). Influence of multivalent ions on renewable energy generation in reverse electrodialysis. Energy & Environmental Science, 7 (4), 1434–1445. doi: https://doi.org/10.1039/c3ee43501f
- Post, J. W., Goeting, C. H., Valk, J., Goinga, S., Veerman, J., Hamelers, H. V. M., Hack, P. J. F. M. (2010). Towards implementation of reverse electrodialysis for power generation from salinity gradients. Desalination and Water Treatment, 16 (1-3), 182–193. doi: https://doi.org/10.5004/dwt.2010.1093
- Veerman, J., Saakes, M., Metz, S. J., Harmsen, G. J. (2010). Electrical Power from Sea and River Water by Reverse Electrodialysis: A First Step from the Laboratory to a Real Power Plant. Environmental Science & Technology, 44 (23), 9207–9212. doi: https://doi.org/10.1021/es1009345
- Spoor, P. B. (2002). Removal of nickel ions from galvanic wastewater streams using a hybrid ion exchange - electrodialysis system. Technische Universiteit Eindhoven. doi: https://doi.org/10.6100/IR551266
- Deabate, S., Fourgeot, F., Henn, F. (2000). X-ray diffraction and micro-Raman spectroscopy analysis of new nickel hydroxide obtained by electrodialysis. Journal of Power Sources, 87 (1-2), 125–136. doi: https://doi.org/10.1016/s0378-7753(99)00437-1
- Deabate, S., Fourgeot, F., Henn, F. (1999). Structural and electrochemical characterization of nickel hydroxide obtained by the new synthesis route of electrodialysis. a comparison with spherical β-Ni(OH)2. Ionics, 5 (5-6), 371–384. doi: https://doi.org/10.1007/bf02376001
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Definition of effectiveness of β-Ni(OH)2 application in the alkaline secondary cells and hybrid supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (89)), 17–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110390
- Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A., Ananchenko, B. A., Chernyad’ev, A. V., Burkov, A. A. et. al. (2020). Al3+ Additive in the Nickel Hydroxide Obtained by High-Temperature Two-Step Synthesis: Activator or Poisoner for Chemical Power Source Application? Journal of The Electrochemical Society, 167 (10), 100530. doi: https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab9a2a
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Synthesis of Ni(OH)2 by template homogeneous precipitation for application in the binderfree electrode of supercapacitor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (94)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140899
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Study of the influence of the template concentration under homogeneous precepitation on the properties of Ni(OH)2 for supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (88)), 17–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.106813
- Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). Definition of the aging process parameters for nickel hydroxide in the alkaline medium. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (92)), 54–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.127764
- Solovov, V. A., Nikolenko, N. V., Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Burkov, A. А., Kondrat’ev, D. A. et. al. (2018). Synthesis of Ni(II)-Ti(IV) Layered Double Hydroxides Using Coprecipitation At High Supersaturation Method. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13 (24), 9652–9656. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2018/jeas_1218_7500.pdf
- Kotok, V., Kovalenko, V., Vlasov, S. (2018). Investigation of NiAl hydroxide with silver addition as an active substance of alkaline batteries. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (93)), 6–11. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133465
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Investigation of characteristics of double Ni–Co and ternary Ni–Co–Al layered hydroxides for supercapacitor application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (98)), 58–66. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.164792
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Comparative investigation of electrochemically synthesized (α+β) layered nickel hydroxide with mixture of α-Ni(OH)2 and β-Ni(OH)2. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (92)), 16–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125886
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2019). Influence of the carbonate ion on characteristics of electrochemically synthesized layered (α+β) nickel hydroxide. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (97)), 40–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155738
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2018). Influence of ultrasound and template on the properties of nickel hydroxide as an active substance of supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (93)), 32–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133548
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Bifuctional indigocarminintercalated NiAl layered double hydroxide: investigation of characteristics for pigment and supercapacitor application. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (104)), 30–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.201282
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Tartrazine-intercalated Zn–Al layered double hydroxide as a pigment for gel nail polish: synthesis and characterisation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (12 (105)), 29–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205607
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Determination of the applicability of ZnAl layered double hydroxide, intercalated by food dye Orange Yellow S, as a cosmetic pigment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (107)), 81–89. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214847
- Vermaas, D. A., Kunteng, D., Veerman, J., Saakes, M., Nijmeijer, K. (2014). Periodic Feedwater Reversal and Air Sparging As Antifouling Strategies in Reverse Electrodialysis. Environmental Science & Technology, 48 (5), 3065–3073. doi: https://doi.org/10.1021/es4045456
- Tedesco, M., Scalici, C., Vaccari, D., Cipollina, A., Tamburini, A., Micale, G. (2016). Performance of the first reverse electrodialysis pilot plant for power production from saline waters and concentrated brines. Journal of Membrane Science, 500, 33–45. doi: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.10.057
- Kim, H.-K., Lee, M.-S., Lee, S.-Y., Choi, Y.-W., Jeong, N.-J., Kim, C.-S. (2015). High power density of reverse electrodialysis with pore-filling ion exchange membranes and a high-open-area spacer. Journal of Materials Chemistry A, 3 (31), 16302–16306. doi: https://doi.org/10.1039/c5ta03571f
- Burmistr, M. V., Boiko, V. S., Lipko, E. O., Gerasimenko, K. O., Gomza, Y. P., Vesnin, R. L. et. al. (2014). Antifriction and Construction Materials Based on Modified Phenol-Formaldehyde Resins Reinforced with Mineral and Synthetic Fibrous Fillers. Mechanics of Composite Materials, 50 (2), 213–222. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-014-9408-0
- Vlasova, E., Kovalenko, V., Kotok, V., Vlasov, S., Sukhyy, K. (2017). A study of the influence of additives on the process of formation and corrosive properties of tripolyphosphate coatings on steel. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (89)), 45–51. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.111977
- Gaona-Tiburcio, C., Aguilar, L. M. R., Zambrano, R. P., Estupiñán, L. F., Cabral, M. J. A., Nieves-Mendoza, D. et. al. (2014). Electrochemical Noise Analysis of Nickel Based Superalloys in Acid Solutions. International Journal of Electrochemical Science, 9 (2), 523–533.
- Ciesla, M., Manka, M., Gradon, P., Binczyk, F. (2014). Impact of a Structure on Durability of Modified Nickel-Base Superalloys in Creep Conditions. Archives of Metallurgy and Materials, 59 (4), 1559–1563. doi: https://doi.org/10.2478/amm-2014-0264
- Кovalenko, V., Kotok, V. (2017). Selective anodic treatment of W(WC)-based superalloy scrap. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (85)), 53–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.91205
- Kovalenko, V., Kotok, V. (2020). Investigation of the anodic behavior of w-based superalloy for electrochemical selective treatment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (12 (108)), 55–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218355
- Kovalenko, V., Kotok, V., Vlasov, S. (2018). Development of the electrochemical synthesis method of ultrafine cobalt powder for a superalloy production. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (92)), 41–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.126928
- Kovalenko, V., Kotok, V., Vlasov, S. (2018). Definition of synthesis parameters of ultrafine nickel powder by direct electrolysis for application in superalloy production. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (91)), 27–33. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121595
- Kuznetsova, O. G., Levin, A. M., Sevostyanov, M. A., Bolshih, A. O. (2019). Electrochemical recycling of nickel-cobalt-containing tungsten alloys. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 525, 012088. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/525/1/012088
- Kuznetsova, O. G., Levin, A. M., Sevast’yanov, M. A., Tsybin, O. I., Bol’shikh, A. O. (2019). Electrochemical Oxidation of a Heavy Tungsten-Containing VNZh-Type Alloy and Its Components in Ammonia–Alkali Electrolytes. Russian Metallurgy (Metally), 2019 (5), 507–510. doi: https://doi.org/10.1134/s0036029519050057
- Kuznetsova, O. G., Levin, A. M., Sevostyanov, M. A., Tsybin, O. I., Bolshikh, A. O. (2020). Changes in electrochemical properties of a heavy tungsten alloy during its processing under the influence of DC current in ammonia-alkali solutions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 848, 012045. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/848/1/012045
- Kuznetsova, O. G., Levin, A. M., Sevostyanov, M. A., Tsybin, O. I., Bolshikh, A. O. (2020). AC electrochemical oxidation of nickel and VNZh alloy in alkaline-ammonium solutions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 848, 012046. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/848/1/012046
- Sridhar, T. M., Eliaz, N., Gileadi, E. (2005). Electroplating of Ni4W. Electrochemical and Solid-State Letters, 8 (3), C58. doi: https://doi.org/10.1149/1.1857114
- Eliaz, N., Sridhar, T. M., Gileadi, E. (2005). Synthesis and characterization of nickel tungsten alloys by electrodeposition. Electrochimica Acta, 50 (14), 2893–2904. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2004.11.038
- Zhu, L., Younes, O., Ashkenasy, N., Shacham-Diamand, Y., Gileadi, E. (2002). STM/AFM studies of the evolution of morphology of electroplated Ni/W alloys. Applied Surface Science, 200 (1-4), 1–14. doi: https://doi.org/10.1016/s0169-4332(02)00894-2
- Trelewicz, J. R., Schuh, C. A. (2009). Hot nanoindentation of nanocrystalline Ni–W alloys. Scripta Materialia, 61 (11), 1056–1059. doi: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2009.08.026
- Sulitanu, N., Brinza, F. (2003). Structure-properties Relationships in Electrodeposited Ni-W Thin Films with Columnar Nanocrystallites. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 5 (2), 421–427.
- Schloßmacher, P., Yamasaki, T. (2000). Structural Analysis of Electroplated Amorphous-Nanocrystalline Ni-W. Microchimica Acta, 132 (2-4), 309–313. doi: https://doi.org/10.1007/s006040050074
- Cesiulis, H., Podlaha-Murphy, E. J. (2003). Electrolyte Considerations of Electrodeposited Ni-W Alloys for Microdevice Fabrication. Materials Science (Medžiagotyra), 9 (4), 329–333. Available at: https://matsc.ktu.lt/index.php/MatSc/article/view/26731
- Yamasaki, T. (2000). High-strength Nanocrystalline Ni-W Alloys Produced by Electrodeposition. Mater. Phys. Mech., 1, 127–132. Available at: https://www.ipme.ru/e-journals/MPM/no_2100/yamasaki/yamasaki.pdf
- Esther, P., Joseph Kennady, C., Saravanan, P., Venkataehalam, T. (2009). Structural and Magnetic Properties of Electrodeposited Ni-Fe-W Thin Films. Journal of Non-Oxide Glasses, 1 (3), 301–309. Available at: https://chalcogen.ro/301_Esther.pdf
- Nenastina, Т., Bairachnaya, Т., Ved, М., Shtefan, V., Sakhnenko, N. (2007). Electrochemical Synthesis of Catalytic Active Alloys. Functional Materials, 14 (3), 395–400. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/136993/24-Nenastina.pdf?sequence=1
- Zemanová, M., Krivosudská, M., Chovancová, M., Jorík, V. (2011). Pulse current electrodeposition and corrosion properties of Ni–W alloy coatings. Journal of Applied Electrochemistry, 41 (9), 1077–1085. doi: https://doi.org/10.1007/s10800-011-0331-y
- Alimadadi, H., Ahmadi, M., Aliofkhazraei, M., Younesi, S. R. (2009). Corrosion properties of electrodeposited nanocrystalline and amorphous patterned Ni–W alloy. Materials & Design, 30 (4), 1356–1361. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2008.06.036
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Vadym Kovalenko, Valerii Kotok
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.