MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017360201
■00520260202105321
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798297666214
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32289550
■035    ▼a(MiAaPQ)PennState22010rft8
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a600
■1001  ▼aTaylor,  Rachel  F.
■24510▼aElectrochemical  and  Transport  Analysis  of  Thin-Film  Composite  Membranes  in  Saltwater  Electrolysis
■260    ▼a[Sl]▼bThe  Pennsylvania  State  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a177  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Logan,  Bruce  E.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  Pennsylvania  State  University,  2025.
■520    ▼aSaltwater  electrolysis  powered  by  renewable  energy  sources  is  a  carbon  neutral  alternative  to  traditional  hydrogen  production  methods  that  emit  carbon  dioxide  as  a  biproduct.  To  make  this  technology  economically  competitive,  research  is  focused  on  developing  new  electrolyzer  components  and  configurations  that  reduce  capital  costs  and  minimize  chloride  ion  transport  to  the  anode.  Thin-film  composite  (TFC)  membranes  are  being  studied  as  a  costeffective  alternative  to  the  ion  exchange  membranes  currently  used  in  commercial  electrolysis.  Most  ion  transport  studies  of  TFC  membranes  have  been  conducted  under  reverse  osmosis  (RO)  water  filtration  conditions.  Therefore,  this  work  aims  to  broaden  our  understanding  of  ion  transport  across  TFC  membranes  in  saltwater  electrolysis  conditions.  The  properties  of  various  commercial  TFC  membranes,  a  validated  fundamental  transport  model,  the  importance  of  electrolyte  composition,  and  impact  of  water  transport  on  ion  transport  during  electrolysis  were  all  examined  here.Thirteen  membranes,  classified  as  saltwater  (SW)  RO  membranes,  brackish  water  (BW)  RO  membranes,  or  cellulose  triacetate  (CTA)  forward  osmosis  membranes,  were  obtained  from  commercial  manufacturers.  The  ohmic  resistances  of  the  membranes  were  measured,  revealing  a  significant  difference  in  resistances  spanning  6.1  ±  0.1  Ω  cm  2  to  70  ±  30  Ω  cm  2  .  Five  membranes  were  selected  for  further  characterization:  three  RO  membranes  with  low  (6.1  ±  0.1  Ω  cm  2  ),  medium  (40.1  ±  5.1  Ω  cm  2  ),  and  high  resistances  (92.2  ±  20.8  Ω  cm  2  ),  one  CTA  FO  membrane  with  a  medium  resistance  (24  ±  5.6  Ω  cm  2  ),  and  one  NF  membrane  with  a  low  resistance  (14  ±  1.7  Ω  cm  2  ).  The  membrane  water  fluxes,  measured  in  a  high-pressure  dead-end  cell,  followed  conventional  flux  trends,  with  the  NF270  membrane  showing  the  highest  water  permeability  (14.6  L  m  -2  h  -  1  bar  -1  )  and  the  SW  RO  membrane  the  lowest  (0.7  L  m  -2  h  -1  bar  -1  ).  Neither  the  ohmic  resistance  nor  water  flux  across  the  membrane  successfully  predicted  the  potential  required  or  the  trend  in  salt  ion  transport  during  two  hours  of  saltwater  electrolysis.  However,  water  permeability  did  correlate  with  the  membrane  that  exhibited  the  highest  fraction  of  charge  carried  by  water  ions  rather  than  salt  ions.  These  finds  suggest  that  traditional  characterization  methods  for  ion  exchange  and  TFC  membranes  are  insufficient  to  fully  capture  the  complex  relationship    between  salt  ion  transport,  water  ion  transport,  and  overall  water  movement  during  electrolysis.  A  more  detailed  mechanistic  analysis  of  transport  phenomena  is  therefore  necessary  to  better  understand  and  predict  membrane  performance  under  electrolysis  conditions.A  1-D  solution-friction  style  transport  model  was  validated  using  COMSOL  Multiphysics  to  predict  both  salt  and  water  ion  transport  across  a  commercial  SW30XLE  (DOW)  membrane  during  saltwater  electrolysis.  To  isolate  ion  transport  without  convective  effects  due  to  bubble  generation  at  the  electrodes,  a  batch  reactor  was  used  with  large  electrolyte  chambers  separating  the  membrane  from  the  electrodes.  A  simplified  modeling  approach  was  taken  by  using  uniform  sizebased  partitioning  and  frictional  coefficients  for  each  ion,  regardless  of  their  different  ionic  radii.  Despite  the  minimized  fitting  parameters,  the  model  successfully  fit  ion  transport  data  measured  during  saltwater  electrolysis  in  a  stirred  batch  reactor  with  a  set  current  density  of  10  mA  cm-2  and  electrolyte  concentrations  of  600  mM.  The  validated  model  was  used  to  predict  ion  transport  during  electrolysis  at  additional  electrolyte  concentrations  (800  mM  and  1000  mM)  and  current  density  (14  mA  cm  -2  ).  The  model  predicted  pH  changes  across  the  reactor  and  within  the  membrane,  indicating  that  a  steep  pH  gradient  due  to  the  water  association  reaction  occurs  in  the  membrane  backbone.
■590    ▼aSchool  code:  0176.
■650  4▼aFriction
■650  4▼aMembranes
■650  4▼aElectrolytes
■650  4▼aElectrodes
■650  4▼aGreenhouse  gases
■650  4▼aOxidation
■650  4▼aCellulose
■650  4▼aEmissions
■650  4▼aPermeability
■650  4▼aNanofiltration
■650  4▼aReverse  osmosis
■650  4▼aCarbon  dioxide
■650  4▼aSeawater
■650  4▼aSalt
■650  4▼aBrackish  water
■650  4▼aBoundary  conditions
■650  4▼aGeometry
■650  4▼aClimate  change
■650  4▼aMathematics
■690    ▼a0404
■690    ▼a0405
■71020▼aThe  Pennsylvania  State  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-04B.
■790    ▼a0176
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360201▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서