Carbon nanotube (CNT) based membranes are promising candidates for separation membranes by showing high water transport rate and ion rejection rate according to their radii. The ion selectivity is an important factor to discover the full potential of CNT membranes, and it is affected by the functionalization of CNTs. With multivalent/size ion mixtures, the ion selectivity is affected by not only ion-functional groups interaction but also ion-ion interactions and ion size exclusion in a complex manner. In this study, molecular dynamics simulations are performed to study the ion selectivity of functionalized carbon nanotubes when multivalent/size ions are contained. The permeation energy barriers are calculated by plotting potential of mean force profiles, and various factors, such as CNT size and partial charges, affecting ion selectivity are investigated. The results presented here will be useful for designing CNT membranes for ion separation, biomimetic ion channels, etc.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1994.05a
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pp.130-132
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1994
We fabricated Ag ion exchange glass waveguide. Generally, ion-exchange glass waveguide. are suitable for passive integrated optical components such as directional and star couplers. Its advantages include low loss, ease of fabrication, and low material cost. So, we faricated Ag ion-exchange glass waveguides in AgNO$_3$ melt solution from 2 mole %. And we used Sodalime glass as a substrate in the fabrication process. As the results, we observed multivalent ion-exchange in a typical sodalime glass. Diffusion coefficient and depth are predicted by actual experimental data of Stewart. The exchange rate in silver-ion-exchanged waveguides are compared to the exchange time of waveguide fabrication.
A nitrate ion-selective PVC membrane electrode based on ammonia modified bakelite A-Ni$(NO_3)_2$ complex as ion exchanger was prepared. The electrode gave a linear response with a Nernstian slope of 60mV per decade within the concentration range $1{\sim}10^{-4}$ M $KNO_3$ but nonresponse to hydrogen ion and multivalent anions. The selectivity, response time and life time of the electrode were investigated and it was found that the electrode exhibited good selectivity for four univalent anions ($Cl^-,\;Br^-,\;I^-,\;{ClO_4}^-$). Analytical application to the determination of nitrate were also studied.
The effects of bipolar interface formed on the surface of cation-exchange membrane on water splitting phenomena were investigated. Results showed that the formation of immobilized bipolar interface resulted in significant water splitting during electrodialysis. In particular, the immobilized bipolar interface was easily created on the cation-exchange membrane surface in the electrodialytic systems where multivalent cations served as an electrolyte. Multivalent cations with low solubility product resulted in violent water splitting because they were easily precipitated on the membrane surface in hydroxide form. Therefore, the bipolar interface consisting of H- and OH-affinity groups were formed on the membrane-solution interface. Apparently, water splitting was largely activated with the help of strong electric fields generated between the metal hydroxide layer and fixed charge groups on the membrane surface. Likewise, the accumulation of large molecular counter ions on the membrane surface led to the formation of a fixed bipolar structure that could cause significant water splitting in the over-limiting current region. Therefore, the prevention of the immobilization of bipolar interface on the membrane surface is very essential in improving the process efficiency in a high-current operation.
Metallic salts of C10-18 aliphatic carboxylic acids were prepared and their scanning electron microscopic images were analyzed for the morphology dependency with the metal and the carboxylic acid. Regardless of metal ion, metal salts of dicarboxylic acids showed a high crystallinity with a fiber image (SuA-Na). The aromatic dicarboxylates also represented a morphology of a rectangular-rod or board shapes (IA-Li, IA-Ba). With Na ion, most aliphatic carboxylate (MA, PA, SA) showed a fiber-like crystallinity. However, other monovalent Li, K and multivalent Mg, especially Al ion resulted a glassy-amorphous in the metallic salts of acids (MA, PA, SA). With divalent Ba and Ca ions, the metal salt of aliphatic acids expressed a branched round cluster shape as in SA-Ca, SA-Ba. Both Li and Mg ions with a similar size showed a strong morphological similarity in the metallic salts of aliphatic acids MA, PA, SA. In the case of Na and Ca ions with a similar size (98, 106 pm), both ionic salts of stearic acid gave a branching effect for a fiber or round granular image. In the case of hydroxyl-aliphatic acids (HLA, HPA, HSA), the fiber images in HLA-Na and HSA-Na was appeared about 100 nm thicker than those of nonhydroxycarboxylates (LA-Na, SA-Na). The metallic salts of unsaturated C-18 carboxylic acids (OlA, LeA and LnA) showed an amorphous glassy image due to a kinked carbon chain.
Redox investigation of Sn and S ion was attempted in alkaline earth borosilicate glass melts with only 1 mol% $Na_2O$ by means of Square Wave Voltammetry (SWV). According to voltammograms, there was only one peak due to $Sn^{4+}/Sn^{2+}$ in melt doped with $SnO_2$. The calculated standard enthalpy and entropy of the reduction of $Sn^{4+}$ to $Sn^{2+}$ were 116kJ/mole and 62 J/mol K, respectively. The determined redox ratio, [$Sn^{2+}$] / [$Sn^{4+}$] in the temperature range of $1300{\sim}1600^{\circ}C$ was in $0.4{\sim}2.1$. On the contrary, in the voltammogram of melt doped with $BaSO_4$ there was no peak due to $S^{4+}/S^o$ but shoulder that might be attributed to the adsorption of sulfur at the electrode. The absence of the peak related with $S^{4+}/S^o$ was discussed from the view-point of the thermal decomposition behavior of $BaSO_4$ in the glass batch.
Electroflotation, which is used as an alternative to sedimentation, is a separation treatment process that uses small bubbles to remove low-density particulates. Making allowances for recent collision efficiency diagram based on trajectory analysis, it is necessary to tailor zeta potential of bubbles that collide with negatively charged particles. In this paper, the study was performed to investigate the effects of magnesium and aluminium ions on zeta potential of bubbles. And, it was studied to find out factors which could affect the positively charged bubbles. Consequently, zeta potential of bubbles increased both with higher concentration of metal ions and in the acidic pH value. And, a probable principle that explained the procedure of charge reversal could be a combined mechanism with both specific adsorption of hydroxylated species and laying down of hydroxide precipitate. It also depended on the metal ion concentration in the solution to display its capacity to control the bubble surface.
The classical-fluids density functional theory has been developed for studying the structural and the electrical properties of electrolyte solutions containing uniformly charged hard-spherical ions. The modified fundamental-measure theory has been used to evaluate the hard-sphere contribution. The mean-field approximation has been employed to calculate the cross correlation between the hard sphere contribution and the Coulomb interaction. The Poisson equation for ions carrying charges that are spatially separated has been solved. The present theory shows reasonably good agreement with the corresponding Monte Carlo simulation results. The calculated results show that the attraction between like-charged planar surfaces is the result of the intra-ionic correlation and depends strongly on the ion size, valence, mole fraction, and charge distribution of electrolytes.
Ion exchange membrane (IEM) is an important class of membrane applied in batteries, fuel cells, chloride-alkali processes, etc to separate various mono and multivalent ions. The membrane process is based on the electrically driven force, green separation method, which is an emerging area in desalination of seawater and water treatment. Electrodialysis (ED) is a technique in which cations and anions move selectively along the IEM. Anion exchange membrane (AEM) is one of the important components of the ED process which is critical to enhancing the process efficiency. The introduction of cross-linking in the IEM improves the ion-selective separation performance due to the reduction of free volume. During the desalination of seawater by reverse osmosis (RO) process, there is a lot of dissolved salt present in the concentrate of RO. So, the ED process consisting of a monovalent cation-selective membrane reduces fouling and improves membrane flux. This review is divided into three sections such as electrodialysis (ED), anion exchange membrane (AEM), and cation exchange membrane (CEM).
Reverse electrodialysis (RED) is an electro-membrane process employing ion-exchange membranes (IEMs) that can harvest electric energy from the concentration difference between seawater and river water. Multivalent ions contained in seawater and river water bind strongly to the fixed charge groups of the IEM, causing high resistance and reducing open-circuit voltage and power density through uphill transport. In this study, a pore-filled anion-exchange membrane (PFAEM) with excellent monovalent ion selectivity and electrochemical properties was fabricated and characterized for RED application. The monovalent ion selectivity of the prepared membrane was 3.65, which was superior to a commercial membrane (ASE, Astom Corp.) with a selectivity of 1.27 under the same conditions. Additionally, the prepared membrane showed excellent electrochemical properties, including low electrical resistance compared to ASE. As a result of evaluating RED performance under seawater of 0.459 M NaCl/0.0510 M Na2SO4 and river water of 0.0153 M NaCl/0.0017 M Na2SO4, the maximum power density of 1.80 W/m2 was obtained by applying the prepared membrane, which is a 40.6% improved output performance compared to the ASE membrane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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