Modelling of selective ion partitioning between ion-exchange membranes and highly concentrated multi-ionic brines

离子键合 离子 化学 盐(化学) 吸附 离子交换 冷凝 化学物理 选择性 工作(物理) 反离子 无机化学 热力学 有机化学 吸附 物理 生物化学 催化作用
作者
Giorgio Purpura,Ewa Papiewska,Andrea Culcasi,Antonia Filingeri,Alessandro Tamburini,Maria‐Chiara Ferrari,Giorgio Micale,Andrea Cipollina
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:700: 122659-122659 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2024.122659
摘要

In recent years, the growing interest in the use of Ion-exchange membranes, in the treatment of highly concentrated multi-ionic brines for the selective recovery of critical elements, has prompted the research of fundamental models capable of predicting the IEMs selectivity towards like-charged species. Prior studies have proposed ion partitioning models limited to single-salt solutions that were validated only up to moderate salt concentrations. In this work, we developed a novel multi-ionic extension of the Manning counter-ion condensation model, aiming to predict the sorption selectivity of like-charged counter-ions. Furthermore, the peNRTL model was coupled with the extended Manning to broaden its applicability range, encompassing membrane equilibrated with very highly concentrated solutions. Novel experimental ion sorption tests with single-salt and binary solutions including NaCl, KCl, MgCl2, and CaCl2 at high concentrations were performed with the commercial cation-exchange membrane Fumasep FKE-50, provided by Fumatech. To the best of Authors' knowledge, the proposed model for the first time successfully provided quantitative predictions of multi-ionic ion partitioning for all the systems investigated up to extremely high external salt concentrations. The outcomes of this work suggest a strong influence of the local non-electrostatic interactions on the activity coefficients in the membrane phase at high external concentration and highlight the key role of counter-ions hydration state in the condensation phenomenon.
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