PVA membraan

[Kaaskonijn]

Voor het maken van mijn PVA met citroenzuur membranen gebruik ik een combinatie van processen uit verschillende video’s en artikelen. Ik denk dat dit voor mij het beste artikel is: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articl ... po=6.50000
Ik heb het wel iets anders gedaan dan in het artikel. Want als ik hem 6 uur droogde op 80c dan kreeg ik wat bubbels en dus ook plekken waar snel gaten ontstaan. Dus heb ik hem eerst ongeveer een week drogen. Daarna heb ik hem langzaam laten opwarmen tot 140c en hem toen daar voor 1 uur gebakken. Ik heb een verhouding van 1 deel citroenzuur op 4 delen PVA gebruikt. De temperatuur en de verhouding komt uit het einde van deze video
De PVA is gewoon de doorzichtige kinderlijm waarvan op de site stond dat het meer dan 99procent PVA was. De citroenzuur is ook gewoon uit de winkel maar die het ik 1 keer gerekristalliseerd omdat het er niet echt puur uit zag. Maar als ik de membranen die ik heb gemaakt een paar uur in het water laat zwellen ze langzaam op en beginnen ze op te lossen waardoor er gaten ontstaan (na ongeveer 12 uur). Als u ergens ziet waar het fout gaat hoor ik dit graag.

[Marko]

Een aantal dingen zijn me niet duidelijk:

- Heb je de procedure uit die video gevolgd? Want het artikel dat je noemt beschrijft alleen kort iets over een PVA/citroenzuur mengsel. Ze verwijzen dan weer naar een ander artikel waar gecrosslinkede films van PVA en citroenzuur staan genoemd en de manier om deze te maken. Maar dat zijn films, en niet per se membranen.
- was de lijm polyvinyl alchol of polyvinyl acetaat? Beide worden afgekort als PVA, maar bij polyvinyl acetaat hoef je sowieso weinig reactie te verwachten met citroenzuur. Aangeizen je aangeeft dat het doorzichtig was lijkt het me polyvinyl alcohol maar het is wel de moeite waard om dit te checken.

Zoals jij het beschrijft lijkt de PVA niet tot nauwelijks met citroenzuur gereageerd te hebben. De bubbels die je zag komen vermoedelijk door verdampend water. Dat zal er inderdaad eerst uit moeten voor je de boel laat reageren.

Los van dit alles, ik heb weinig vertrouwen in een membraan van PVA (alcohol) en citroenzuur, en zeker niet als het gebruikt moet worden voor elektrolyse van water en in contact komt met een basische oplossing. Als PVA en citroenzuur met elkaar reageren ontstaat een esterbinding. Zo'n esterbinding is nogal gevoelig voor hydrolyse, zeker onder basische omstandigheden. Ik denk dat er betere manieren zijn om te crosslinken.

En ook bij PVA gebaseerde membranen - hoe je ze ook maakt - moet je eerst de zure groepen neutraliseren, als je het zou willen gebruiken voor de productie van natronloog via membraanelektrolyse.

[Kaaskonijn]

Ik heb de ratio PVA-citroenzuur (1 deel citroenzuur op 3delen PVA oplossing) en temperatuur uit de video gebruikt. Voor de tijden (6uur op 80c en daarna 2 uur op de temperatuur waarop hij crosslinkt, 140c) uit het artikel. Ik heb de hoeveelheden en temperaturen uit de video gebruikt omdat ik deze niet kon vinden in het artikel. De lijm was polyvinyl alcohol. Polyvinyl acetaat is inderdaad niet doorzichtig maar wit. Voor de bubbels heb ik de oplossing al gevonden. Ik laat hem ongeveer een week drogen in de lucht (weet niet zeker of dit nodig is om de bubbels te verminderen), daarna laat ik hem minimaal 6 uur op 80c in de oven, daarna laat ik hem langzaam over ongeveer 1 uur opwarmen tot de 140c, in plaats van direct naar de 140c, en daar houd ik hem dan voor 1 uur. Gisteren had ik op die mandier een membraan gemaakt. Deze loste niet op in demiwater. Maar toen ik een stukje in redelijk geconcentreerd KOH oplossing deed begon het inderdaad langzaam op te lossen. Ik heb citroenzuur gebruikt omdat ik hier makkelijk aan kon komen. Is er iets anders waar ik makkelijk aan kan komen (in de winkel) wat beter werkt. Of weet u iets wat niet al te duur is wat ik zou kunnen bestellen om te gebruiken in plaats van het citroenzuur?
Is het niet zo dat het eerste gedeelte van het geproduceerde NaOH de zure groepen neutraliseert dus dat ik gewoon wat langer moet wachten voordat er bruikbaar NaOH wordt geproduceerd?

[Marko]

Ik neem dan aan dat je het membraan hebt gemaakt door de PVA en citroenzuur op te lossen in water, uit te gieten over een plaat of een bepaalde vorm, waarna je het hebt laten drogen?

Ik weet dat je al een oplossing had voor het water. Maar alsnog kan het nuttig zijn om te weten wat de oorzaak is, want anders weet je nog niet of je die stap altijd nodig hebt en of die stap wel altijd werkt...

Een betere manier om te crosslinken zou zijn door andere bindingen te maken dan een ester - en dus door iets anders te gebruiken dan een zuur. Maar dan kom je ook meteen in de categorie stoffen die niet zo makkelijk verkrijgbaar zijn en ook niet prettig in het gebruik. Ik ben er een beetje huiverig voor om je die kant op te sturen.

Wat betreft de reactie (sorry, dit wordt een heel verhaal, hopelijk heb je er wat aan)

Zoals ik bij het PSS-topic ook heb aangegeven: het klopt dat het gevormde OH^- de zuurgroepen zal neutraliseren. En als er verder niets anders zou gebeuren, zou het dus genoeg kunnen zijn om even te wachten, tot alles is geneutraliseerd. Maar zo werkt het helaas niet.

De reactie die optreedt is

2 H₂O + 2 e^- 2 OH^- + H₂ (I)

Bij de productie van chloorgas uit keukenzout treedt in de andere cel deze reactie op:

2 Cl^- Cl₂ + 2 e^- (II)

Hierbij staat e^- voor een elektron. In de ene cel worden dus elektronen opgenomen, in de andere afgestaan. En de elektrolyse pompt in feite die elektronen van de ene naar de andere kant.

Maar nu komt het. De negatieve lading die bij reactie (I) in de oplossing komt, moet natuurlijk wél gecompenseerd worden. Ofwel, door iets anders met een negatieve lading weg te laten diffunderen door het membraan, ofwel, door positieve ionen vanuit de andere cel te laten diffunderen - even veel als er aan negatieve lading ontstaat. In de cel met reactie (II) geldt hetzelfde: Er verdwijnt negatieve lading, dat moet gecompenseerd worden door vanuit de andere cel negatieve ionen te ontvangen, of door positieve ionen die kant op te sturen.

Een membraan met allemaal negatief geladen groepen eraan zal negatieve ionen tegenhouden en alleen positieve ionen doorlaten. Met zo'n membraan "dwing" je de OH^- ionen die aan 1 kant ontstaan dus om daar te blijven, en je "dwingt" de cellen om Na⁺ ionen door het membraan te sturen. Aan de kant van cel (I) ontstaan dus OH^- ionen die worden aangevuld door Na⁺ ionen. Met andere woorden: je maakt daar natronloog! Dat gaat net zo lang door totdat de Na⁺ en Cl^- in cel (II) grotendeels op zijn - tenzij je dat natuurlijk steeds aanvult. Hoe dan ook, het is dus van belang dat Na⁺ ionen door het membraan heen kunnen, anders kun je geen natronloog maken.

Nu, om terug te komen op waarom dat in jouw geval niet werkt: Daar vindt in cel (II) een andere reactie plaats.

2 H₂O O₂ + 4 H⁺ + 4 e^-

Als je in cel (I) OH^- maakt, dan zal die inderaad reageren met de zuurgroepen van het membraan (hieronder aangeduid aan R-COOH):

R^-COOH + OH^- R^-COO^- + H₂O

So far, so good. Doordat de zuurgroepen nu negatief geladen zijn zal je membraan in staat gaan zijn om Na⁺ te transporteren. Maar....bij de reactie in cel (II) wordt H⁺ geproduceerd. En die kan/zal er voor zorgen dat de zuurgroepen op het polymeer weer neutraal worden; de H⁺ die verdwijnt door de reactie met het gevormde OH^- wordt weer aangevuld door de H⁺ die aan de andere kant van het membraan onstaat. Je zult best wel in staat gaan zijn om water te elektrolyseren. Maar of je ook natronloog kunt gaan produceren is een tweede.

Terwijl ik dit aan het typen was schoot me het volgende te binnen: er is misschien wel een uitweg: Je gaf aan dat je natriumacetaat gebruikt. De acetaat daarin zal in eerste instantie het gevormde H⁺ opnemen (je maakt dan azijn). En azijn is een wat zwakker zuur dan citroenzuur, en daardoor zal het H⁺ ook niet direct weer aan het membraan worden afgegeven. Het kan zijn dat je net genoeg negatieve groepen maakt om Na⁺ door te gaan laten, en dan zou het kunnen werken. Let op he, ik zeg niet dat het gaat werken, maar ik zeg ook niet (meer) dat het niet kan werken. De praktijk moet het uitwijzen!


Overigens denk ik dat er voor het maken van natronloog een makkelijkere manier kan zijn dan via een membraan, namelijk door te elektrolyseren middels een zoutbrug. Ik ga eens kijken of ik een geschikte beschrijving kan vinden.

[Kaaskonijn]

Is het zo dat de esthers altijd worden gehydroliseert in een basische oplossing, of gebeurt dit pas bij een bepaalde concentratie natronloog. dan zou ik de kant waar het natronloog wordt gevormd redelijk groot kunnen maken zodat de concentratie lager is met dezelfde hoeveelheid gemaakte NaOH. En dan het water aan de kant waar het natronloog wordt gevormd af en toe verwisselen met nieuw water, zodat de concentratie laag blijft?
De H2CO3 zou toch geen probleem moeten zijn, het is slecht oplosbaar in water en het het staat toch H2O af in een evenwichtsreacie om CO2 te vormen wat langzaam uit het water gaat.
Bij een zoutbrug kunnen de OH- ionen toch ook door de zoutbrug waardoor deze kunnen worden gereduceerd to H2 en O2 wat voor veel inefficiëntie zorgt. Is er een mogelijkheid om dit te verminderen?

[Marko]

Is het zo dat de esthers altijd worden gehydroliseert in een basische oplossing, of gebeurt dit pas bij een bepaalde concentratie natronloog. dan zou ik de kant waar het natronloog wordt gevormd redelijk groot kunnen maken zodat de concentratie lager is met dezelfde hoeveelheid gemaakte NaOH. En dan het water aan de kant waar het natronloog wordt gevormd af en toe verwisselen met nieuw water, zodat de concentratie laag blijft?

Hydrolyse vindt altijd plaats maar wel sneller naarmate de OH^- concentratie hoger is. Dus als je steeds het gevormde natronloog zou kunnen afvoeren en aanvullen met water, zou het membraan het in elk geval een stuk langer uit moeten houden.


De H2CO3 zou toch geen probleem moeten zijn, het is slecht oplosbaar in water en het het staat toch H2O af in een evenwichtsreacie om CO2 te vormen wat langzaam uit het water gaat.
Bij een zoutbrug kunnen de OH- ionen toch ook door de zoutbrug waardoor deze kunnen worden gereduceerd to H2 en O2 wat voor veel inefficiëntie zorgt. Is er een mogelijkheid om dit te verminderen?
[/quote]

Ik begrijp alleen niet goed waarom je het nu ineens over H₂CO₃ hebt?

Wat betreft de zoutbrug: ja, die kunnen daar inderdaad ook doorheen. Maar dat is op zich geen probleem. In het ergste geval gaan de OH^- ionen die je produceert de zoutbrug in, en komen er aan de andere kant Cl^- ionen uit. Dan zit je zoutbrug na verloop van tijd helemaal vol met natronloog.

Maar als je het goed doet zal het in eerste instantie de andere kant op gaan: Na⁺ komen de zoutbrug uit en vormen samen met de OH^- ionen een natriumhydroxide-oplossing in de cel. De reden daarvoor is dat de concentratie OH^- in de cel laag is en de concentratie Na⁺ in de zoutbrug juist hoog. Het is daarom waarschijnlijker dat het natrium uit de zoutbrug diffundeert, dan dat de OH^- er in gaat.

Maar waar het mij vooral om ging is dat een zoutbrug een stuk makkelijker te maken is dan een membraan.

[Kaaskonijn]

Ik heb nog 2 membranen gemaakt voor het te testen in een cel. Maar op een of andere manier waren deze membranen mislukt en brokkelde ze langzaam af toen ze in het water kwamen. Dit terwijl ik volgens mij precies hetzelfde heb gedaan. Ik heb zelfs hetzelfde flesje met oplossing gebruikt als degene die niet oplosten. Ik ga over een tijd misschien verder kijk of ik iets werkends krijg, maar voor nu ga ik gewoon iets makkelijkers gebruiken als scheiding.

Ik gebruik soda (natriumbicarbonaat) als mijn begin materiaal. De carbonaat ionen (CO3 2-) vormen samen met de H+ die ontstaat aan de elektrode H2CO3. Vandaar dat ik met H2CO3 kwam. Doordat de oplosbaarheid van H2CO3 zo laag is zal dit ui de oplossing gaan al CO2. De concentratie H2CO3 zal dus laag blijven en dus zullen er weinig H+ en zijn om met een membraan te reageren.

Ik weet ook dat het mogelijk is om een terracotta bloempot als scheiding te gebruikten. Is het verschil in efficiëntie tussen zo een bloempot en een zoutbrug groot of niet? Heb je toevallig een paar tips om zou een goede zoutbrug te maken of werkt een simpele zoutbrug met agar en zout (of NaOH) ook gewoon goed?