Диффузия водных растворов метиленового синего и аскорбиновой кислоты на полимерной мембране "Нафион"

Аннотация

Методами спектрометрии в ИК-диапазоне (1...10 мкм), в ближнем УФ- и видимом диапазонах (190...900 нм) проведено исследование диффузии водных растворов различных форм метиленового синего и аскорбиновой кислоты в протонообменную полимерную мембрану "Нафион". Скорость процессов адсорбции и десорбции метиленового синего в мембрану зависит от интенсивности кулоновского взаимодействия молекул Мс⁺ с сульфогруппами мембраны. Особенности диффузионных процессов водных растворов в мембране связаны с регулированием скорости диффузии водных растворов размером эксклюзивной зоны, которая образуется вблизи поверхности мембраны и размер которой зависит от изотопного состава воды. Проведен анализ кинетики ИК-спектров пропускания растворов. Скорость адсорбции и десорбции дистиллированной воды, окисленной формы метиленового синего и восстановленной бесцветной лейкоформы (МсН⁰) метиленового синего на протонообменной мембране являются близкими по значениям. Скорость адсорбции в мембрану Мс⁺ контролируется изотопным составом раствора. При содержании дейтерия 157 ppm скорость адсорбции метиленового синего меньше, чем в случае содержания дейтерия 3 ppm. Постоянная времени реакции адсорбции мембраной раствора Мс⁺ такой концентрации примерно в 1,35 раз выше для раствора, приготовленного на легкой воде. Скорость десорбции воды с поверхности мембраны при ее высушивании в 7 раз ниже в случае содержания дейтерия в растворе метиленового синего --- 157 ppm

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Бункин Н.Ф., Тимченко С.Л., Задорожный Е.Н., и др. Диффузия водных растворов метиленового синего и аскорбиновой кислоты на полимерной мембране "Нафион". Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024, № 5 (116), с. 71--96. EDN: KXUXQC

Литература

[1] Gebel G. Structural evolution of water swollen perfluorosulfonated ionomers from dry membrane to solution. Polymer, 2000, vol. 41, iss. 15, pp. 5829--5838. DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-3861(99)00770-3

[2] Mauritz K.A., Moore R.B. State of understanding of Nafion. Chem. Rev., 2004, vol. 104, iss. 10, 4535--4585. DOI: https://doi.org/10.1021/cr0207123

[3] Wang Y., Chen K.S., Mishler J., et al. A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: technology, applications, and needs on fundamental research. Appl. Energy, 2011, vol. 88, iss. 4, pp. 981--1007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.09.030

[4] Liu L., Chen W., Li Y. An overview of the proton conductivity of Nafion membranes through a statistical analysis. J. Membr. Sci., 2016, vol. 504, pp. 1--9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.12.065

[5] Aoki K.J., Liu L., Marken F., et al. Rectification effects of Nafion-backed micropore-voltammograms by difference in migrational modes. Electrochim. Acta, 2020, vol. 358, art. 136839. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136839

[6] Vishnyakov A.M., Neimark A.V. Self-assembly in Nafion membranes upon hydration: water mobility and adsorption isotherms. J. Phys. Chem. B, 2014, vol. 118, iss. 38, pp. 11353--11364. DOI: https://doi.org/10.1021/jp504975u

[7] Sharma P., Kim D. A facile and sustainable enhancement of anti-oxidation stability of Nafion membrane. Membr. Sci., 2022, vol. 12, no. 5, art. 521. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes12050521

[8] Dura J.A., Murthi V.S., Hartman M., et al. Multilamellar interface structures in Nafion. Macromolecules, 2009, vol. 42, iss. 13, pp. 4769--4774. DOI: https://doi.org/10.1021/ma802823j

[9] Dumortier L., Mossa S. From ionic surfactants to Nafion through convolutional neural networks. J. Phys. Chem. B, 2020, vol. 124, iss. 40, pp. 8918--8927. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c06172

[10] Ninham B.W., Bolotskova P.N., Gudkov S.V., et al. Formation of water-free cavity in the process of Nafion swelling in a cell of limited volume; effect of polymer fibers unwinding. Polymers, 2020, vol. 12, no. 12, art. 2888. DOI: https://doi.org/10.3390/polym12122888

[11] Henry M., Summa M., Patrick L., et al. A cohort of cancer patients with no reported cases of SARS-CoV-2 infection: the possible preventive role of Methylene Blue. Substantia, 2020, vol. 4, no. 1, suppl. 1, art. 888. DOI: https://doi.org/10.13128/Substantia-888

[12] Bojadzic D., Alcazar O., Buchwald P. Methylene blue inhibits the SARS-CoV-2 spike--ACE2 protein-protein interaction --- a mechanism that can contribute to its antiviral activity against COVID-19. Front. Pharmacol., 2020, vol. 11, art. 600372. DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2020.600372

[13] Lee S.-K., Mills A. Novel photochemistry of leuco-methylene blue. Chem. Commun., 2003, iss. 18, pp. 2366--2067. DOI: https://doi.org/10.1039/B307228B

[14] Wen Y., Li W., Poteet E.C., et al. Alternative mitochondrial electron transfer as a novel strategy for neuroprotection. J. Biol. Chem., 2011, vol. 286, iss. 18, pp. 16504--16515. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M110.208447

[15] Li Z., Wang C.-J., Jiang W.-T. Intercalation of methylene blue in a high-charge calcium montmorillonite --- an indication of surface charge determination. Adsorp. Sci. Technol., 2010, vol. 28, no. 4, pp. 297--312. DOI: https://doi.org/10.1260/0263-6174.28.4.297

[16] Lee S.K., Mills A. Luminescence of leuco-thiazine dyes. J. Fluoresc., 2003, vol. 13, no. 5, pp. 375--377. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1026341420942

[17] Snehalatha T., Rajanna K.C., Saiprakash P.K. Methylene blue --- ascorbic acid: an undergraduate experiment in kinetics. J. Chem. Educ., 1997, vol. 74, iss. 2, pp. 228--233. DOI: https://doi.org/10.1021/ed074p228

[18] Chai B., Yoo H., Pollack G.H. Effect of radiant energy on near-surface water. J. Phys. Chem. B, 2009, no. 42, vol. 113, pp. 13953--13958. DOI: https://doi.org/10.1021/jp908163w

[19] Ninham B.W., Battye M.J., Bolotskova P.N., et al. Nafion: new and old insights into structure and function. Polymers, 2023, vol. 15, iss. 9, art. 2214. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15092214

[20] Israelachvili J.N. Intermolecular and surface forces. Academic Press, 2010.

[21] Морозов А.Н., Фадеев Г.Н., Богатов Н.А. и др. Влияние низкочастотных колебаний на процесс восстановления метиленового синего. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 1 (100), с. 141--156. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-1-141-156

[22] Тимонов А.М. Твердые полимерные электролиты: структура, свойства, применение. Соросовский образовательный журнал, 2000, т. 6, № 8, с. 69--75.