Monovalent and divalent ion sorption in a cation exchange membrane based on cross-linked poly (p-styrene sulfonate-co-divinylbenzene)

二价 吸附 化学 无机化学 离子 离子交换 磺酸盐 苯乙烯 盐(化学) 价(化学) 反离子 离子载体 吸附 有机化学 聚合物 共聚物 生物化学
作者
Michele Galizia,Francesco M. Benedetti,Donald R. Paul,Benny D. Freeman
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:535: 132-142 被引量:80
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2017.04.007
摘要

Many fundamentals of ion sorption in ion exchange membranes (IEMs) are not fully understood, and few modern studies focus on multivalent ion sorption, despite the importance of divalent ion transport properties in water purification applications. Here, MgCl2 and CaCl2 sorption in a commercial cross-linked, styrene-divinylbenzene cation exchange membrane (CEM) with fixed sulfonate groups was measured and compared with NaCl, LiCl and KCl sorption in the same material. The data were correlated with counter-ion size and valence, as well as membrane water content. Divalent salts had higher sorption coefficients than monovalent salts, even though membrane water content significantly decreased in the presence of divalent counter-ions. The Donnan potential is weaker in the presence of multivalent counter-ions, which increases co-ion sorption, contributing to the observed increase in salt sorption coefficients for divalent salts. Ion activity coefficients in the membrane were calculated and compared to predictions of the recently proposed Manning-Donnan model. This model showed much better agreement with the experimental data than the ideal Donnan model, suggesting that ion non-ideality in the membrane is important when analyzing ion sorption and transport in IEMs.
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