The electrolysis for extracting magnesium from seawater or brine primarily involves recovery of magnesium via precipitation as the form of magnesium hydroxide. The technology is classified into cation-exchange membranes (CEM), anion-exchange (AEM) membranes, electrodialysis, and membraneless methods. Recent research has focused on enhancing the efficiency and selectivity of magnesium recovery from seawater or brine containing magnesium, with expectations of effective magnesium recovery even with normal seawater. In a future, the optimization of the selective and efficient recovery of magnesium and various valuable substances through long-term operation of scaled-up systems is crucial with enhancing economic and environmental viability. It is essential to realistically estimate operational costs considering the membrane's lifespan and replacement cycle. Also, detailed and practical process models should be developed based on monitoring data on various factors.
Anion exchange membranes can be used for reverse electrodialysis for electric energy generation, and capacitive deionization for water purification, as well as electrodialysis for desalination. In this study, anion exchange membranes of poly((vinylbenzyl) trimethylammonium chloride-2-hydroxyethyl methacrylate)/poly(vinyl alcohol) were prepared through the polymerization of (vinylbenzyl)trimethylammonium chloride and 2-hydroxyethyl methacrylate in aqueous poly(vinyl alcohol) solutions, esterification with glutaric acid, and cross-linking reaction with glutaraldehyde. We investigated electrochemical properties for the anion exchange membranes prepared according to experimental conditions. Ion exchange capacity and electrical resistance for the membranes were changed with a variation in the monomer ratio in polymerization. Water uptake and conductivity for the membranes decreased with an increase in the content of glutaric acid in esterification. The change in the time of crosslinking reaction with the formed film and glutaraldehyde affected electrochemical properties such as water uptake, conductivity, or transport number for the membranes. Chronopotentiometry and limiting current density for the anion exchange membranes prepared were measured.
Cha, Da-Som;Yoo, Chung-Yul;Joo, Jong Hoon;Yu, Ji Haeng;Han, Moon-Hee;Cho, Churl-Hee
Membrane Journal
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v.24
no.5
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pp.367-374
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2014
In the present study, disc-type LSCF/GDC (20 : 80 vol%) dual-phase membranes having porous LSC/GDC (50 : 50 vol%) active layers were prepared and effect of active layers on oxygen ion transport behavior was investigated. Introduction of active layers improved drastically oxygen flux due to enhanced electron conductivity and oxygen surface exchange activity. As firing temperature of active layer increased from $900^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$, oxygen flux increased due to improved contact between membrane and active layer or between grains of active layer. The enhanced contact would improve oxygen ion and electron transports from active layer to membrane. Also, as thickness of active layer increased from 10 to $20{\mu}m$, oxygen flux decreased since thick active layer rather prevented oxygen molecules diffusing through the pores. And, STF infiltration improved oxygen flux due to enhanced oxygen reduction reaction rate. The experimental data announces that coating and property control of active layer is an effective method to improve oxygen flux of dual-phase oxygen transport membrane.
Park, Ki-Tae;Chun, Jeong-Hwan;Choi, Dong-Woong;Kim, Sung-Hyun
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.22
no.1
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pp.60-68
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2011
[ $ZrO_2-TiO_2$ ]binary oxides with various Zr:Ti molar ratios were prepared by sol-gel method and Nafion$^{(R)}$/$ZrO_2-TiO_2$ composite membranes were fabricated for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) at high temperature and low humidity. Water uptake, Ion exchange capacity (IEC), and proton conductivity of Nafion$^{(R)}$/$ZrO_2-TiO_2$ composite membranes were characterized and these composite membranes were tested in a single cell at $120^{\circ}C$ with various relative humidity (R.H.) conditions. The obtained results were compared with the unmodified membranes (Nafion$^{(R)}$ 112 and Recast Nafion$^{(R)}$). A Nafion$^{(R)}$/$ZrO_2-TiO_2$ composite membrane with 1:3 of Zr:Ti molar ratio showed the highest performance. The performance showed 500 mW/$cm^2$ (0.499V) at $120^{\circ}C$, 50% R. H., and 2 atm.
For selective elimination of salt in the boiled extract of baby neck clam (Tapes variegata, BEBNC), electrodialyzer was used and the desalination conditions of BEBNC were determined at various concentrations, pH's and volumes of BEBNC. The ion-exchange membrane with a molecular weight cut off 100 Da was used for desalting of BEBNC. The desalination times on BEBNC concentrations of 0.5% and 4% were 100 min and 170 min and the final desalting ratio was above 90%. 1'he desalination of BEBNC at pH 4.0 was 12% higher than that at pH 9.0 for 60 min. The electrodialysis process could remove above 90% of the initial salt content in 2% BEBNC of 1 L for 80 min. The results obtained prove that electrodialysis is a practical solution to the problem of selective elimination of salt from BEBNC.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1996.06a
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pp.121-147
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1996
Since 1980, the water quality of ultra-pure water has been rapidly improved, and presently ultra-pore water producing equipment for 64Mbit is in operation. Table 1 shows the degree of integration of DRM and required water quality exlmple. The requirements of the ultra-pure water for 64Mbit are resistivity: 18.2 MQ/cm or higher, number of particulates: 1 pc/ml or less (0.05 $\mu$m or larger). bacteria count: 0.1 pc/l or less. TOC (Total Organic Carbon, index of organic snbstance) : 1ppb or less, dissolved oxygen: 5ppb or less, silica: 0.5ppb or less, heavy metal ions: 5ppb or less. The effect of metals on the silicon wafer has been well known, and recently it has been reported that the existence of organic substance in ultra-pure water is closely related to the device defect, drawing attention. It is reported that if organic substance sticks to the natural oxidation film, the oxide film remaims on the organic substance attachment in the hydrofluoric acid treatment (removal of natural oxidation film). The organic substance forms film on the silicon wafer, and harmful elements such as metals and N.P.S., components contained in the organic substance and the bad effect due to the generatinn of silicon carbide cannot be forgotten. In order to remove various impurities in raw water, many technological develoments (membrane, ion exchange, TOC removal, piping material, microanalysis, etc.) have been made with ultra-pure water producing equipment and put to practical use. In this paper, technologies put to practical use in recent ultra-pure vater producing equimeut are introduced.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1998.10a
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pp.153-155
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1998
PTFE 합성공정에서 대량으로 사용하는 고가의 음이온계 유화제를 분리/회수하는 것은 경제적인 문제 뿐만 아니라 환경적으로도 매우 중요하다. 음이온계 유화제의 회수에는 Water-evaporation, ion-exchange, freezing, electrodialysis등의 방법을 사용할 수 있다. 그러나 회수에 드는 경비가 높고 장치가 복잡하다는 단점이 잇다. 반\ulcorner에 막분리 공정은 장치가 간단하고 상대적으로 경비가 적게 든다는 장점이 있다. 본 연구에서는 음이온계 유화제를 분리/회수하기 위해서 역삼투 공정을 사용하였다. 그러나 역삼투 공정과 같이 압력을 분리의 구동력으로 하는 막분리 공정에서는 농도분극 및 막오염 현상에 의한 투과량의 감소가 심각하게 일어나며 전체적으로 막분리 공정의 경제성을 떨어뜨리는 주된 요인이 된다. 특히 이온성 막을 사용할 경우 막과 이온성 용질간의 정전기적 포텐셜이 화학적 포텐셜과 함께 투과분리의 구동력을 이루게 되므로 투과거동이 매우 달라지게 된다. 본 연구에서는 막 재료의 이온특성과 음이온성 용질의 농도에 따른 막오염 현상의 관찰 및 이것이 투과거동에 미치는 영향을 관찰하였다. 이를 위해 Sodium alginate, Chitosan, Poly(vinyl alcohol)을 이용하여 각각 음이온성, 양이온성, 중성 막을 제조하여 투과거동을 관찰하였다.
This study investigates the enhancement of the oxygen diffusion rate in the cathode channel of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) by pure oscillating flow, which is the same as the mechanism of human breathe. Three-dimensional numerical simulation, which has the full model of the fuel cell including electrochemical reaction, ion and electronic conduction, mass transfer and thermal variation and so on, is performed to show the phenomena in the channel at the case of a steady state. This model could analysis the oscillating flow as a moving mesh calculation coupled with electrochemical reaction on the catalyst layer, however, it needs a lot of calculation time for each case. The two dimensional numerical simulation has carried on for the study of oscillating flow effect in the cathode channel of PEMFC in order to reduce the calculation time. This study shows the diffusion rate of the oxygen increased and the emission rate of the water vapor increased in the channel by oscillating flow without any forced flow.
Park, Daeyoung;Hwang, Sungha;Oh, Seunghee;Yoon, Daejin;Kang, Ansoo;Moon, Sangbong;Chung, Janghoon
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.25
no.1
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pp.1-10
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2014
Ceria ($CeO_2$) was used to scavenge free radicals which attack the membrane in the polymer electrolyte membrane water electrolysis (PEMWE) circumstance and to increase the duration of the membrane. In order to improve the electrochemical, mechanical and electrocatalytic characteristics, engineering plastic of the sulfonated polyether ether ketone (SPEEK) as polymer matrix was prepared in the sulfonation reaction of polyether ether ketone (PEEK) and the organic-inorganic blended composite membranes were prepared by sol-gel casting method with loading the highly dispersed ceria and cesium-substituted phophomolybdic acid(Cs-MoPA) with cross-linking agent contents of 0.01mL. In conclusion, CL-SPEEK/$Cs_{(2.5)}$-MoPA/ceria(1%) membrane showed the optimum results such as 0.1095S/cm of proton conductivity at $80^{\circ}C$, 2.906meq./g-dry-membrane of ion exchange capacity and mechanical characteristics, and 49.73MPa of tensile strength which were better than Nafion 117 membrane.
Nanofiltration composite membranes were prepared through the ion exchange polymers coating onto the porous microfiltration polyethylene (PE) membrane surfaces the salting-out and phase separated and pressurization (PSP) methods. The existence of coating on the surfaces was confirmed by the scanning electronic microscopy. The resulting membranes were characterized under the various conditions, such as the coating material, coating time, ionic strength etc., in terms of flux and rejection for NaCl 100 ppm solution. Under the same coating conditions of 10,000 ppm coating solution concentration and 3 atm coating pressure for both the coating materials of PEI and PSSA_MA, the flux 91.2 LMH and rejection 64.6% were obtained for PEI whereas 122.7 LMH and 38.1% were observed for PSSA_MA. From this study, it may be concluded that the composite membrane preparation is possible.
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