Конвективная диффузия в электромембранных системах

Конвективная диффузия в электромембранных системах

Автор: Григорчук, Ольга Викторовна

Шифр специальности: 02.00.05

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2007

Место защиты: Воронеж

Количество страниц: 331 с. ил.

Артикул: 3399578

Автор: Григорчук, Ольга Викторовна

Стоимость: 250 руб.

Конвективная диффузия в электромембранных системах  Конвективная диффузия в электромембранных системах 

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Конвективная электродиффузия в мембранных системах
1.1 .Структура ионообменных мембран и их свойства.
1.2.Механизмы переноса ионов в мембранах
1.2.1 .Механизмы переноса амфолитов в ионообменных
мембранах
1.3.Уравнения переноса термодинамики неравновесных процессов.
Ы.Основные уравнения, характеризующие конвективный
массоперенос.
1.5.Принцип электродиализного метода
1 .б.Транспорт электролита в диффузионных пограничных слоях при электродиализе
1.7.Стационарная конвективная диффузия при электродиализе с ионообменными мембранами
1.8.Стационарная конвективная диффузия при электродиализе с инертными и ионопроводящими спенсерами
1.8.1.Результаты теоретических исследований
1.8.2.Рсзультаты экспериментальных исследований
1.9.Транспорт амфолитов в системе раствор ионообменная мембрана
ГЛАВА 2. Экспериментальные методы в исследовании электро
мембранных процессов
2.1.Метод измерения концентрационных полей при
электродиализе
2.1.1. Ячейка для исследования электродиализа.
2.2.Экспериментальные методы исследования облегченного
транспорта нейтральных аминокислот.
2.2.1.Нейтральные аминокислоты и их свойства.
2.2.2.Физикохимические характеристики мембраны НафионЮ
2.2.3.Сорбция аланина
2.2.4.Изотерма обмена I Н
2.2.5.Кинетические свойства мембран
2.2.5.1.Экспериментальные ячейки с мембранами
Нафион.
2.2.5.2. Коэффициент диффузии катиона аминокислоты в мембране
2.2.5.3. Коэффициент диффузии ионов водорода
2.2.5.4. Коэффициент проницаемости
2.2.6.Транспорт аланина через мембрану Нафион0 и Нафиои 1.
ГЛАВА 3. Стационарная конвективная диффузия при электродиализе с ионообменными мембранами
3.1.Постановка и решение краевой задачи.
3.2.Метод решения.
3.3.Диффузионный пограничный слой.
3.4.Концентрационные профили
3.5.Плотность электрического тока.
3.5.1.Расчет локальной предельной плотности тока.
3.6.Фактор межмембранного расстояния
3.7.Влияние секции концентрирования.
3.7.1 .Влияние межмембранного расстояния на массоперенос в
парной секции электродиализатора.
3.7.2.Влияние концентрации раствора на массоперенос в
парной секции электродиализатора.
3.7.3.Влияние скорости подачи растворов на массоперенос в
парной секции электродиализатора.
3.8.Асимптотические приближения
3.9.Физикохимические свойства мембран.
ГЛАВА 4. Стационарная конвективная диффузия при электродиализе с инертными и ионопроводящими спейсерами.
4.1.Постановка краевой задачи
4.2.Приведение к безразмерному виду
4.3 .Результаты вычислительного эксперимента.
4.3.1.Поле скоростей.
4.3.2.Концентрационные поля
4.3.3.Локальные характеристики массопереноса.
4.3.4.Диффузионные пограничные слои
4.3.5.Локальная плотность электрического тока
4.3.6.Локальные и средние числа Шервуда
ГЛАВА 5. Облегченный транспорт амфолитов через ионообменную
мембрану
5.1.Теоретическая модель облегченного транспорта
аминокислоты через ионообменную мембрану.
5.1.1.Описание равновесия. Равновесный раствор.
5.1.2.Уравнения переноса.
5.1.3.Коэффициенты диффузионной проницаемости локальный и интегральный.
5.1.4.3ависимость интегрального коэффициента диффузионной проницаемости от концентрации.
5.1.5.Поток аминокислоты через ионообменную мембрану
5.2.Транспорт в системе мембранадиффузионный слой
5.2.1 .Описание системы. Фактор ускорения процесса.
5.2.2.Влияние концентрации исходного раствора
5.2.3.Влияние толщины диффузионных.
5.2.4.Влияние константы устойчивости комплекса.
ГЛАВА 6. Облегченный транспорт амфолитов в системе раствор
иопообменная мембрана.
6.1.Теоретическая модель переноса аминокислоты в системе растворионообменная мембрана раствор.
6.2.Сравнение с результатами эксперимента.
6.3.Результаты численных экспериментов
6.3.1 .Влияние скорости подачи раствора и осевой
геометрии.
6.4.Приложение к экспериментальной системе
6.4.1.Влияние скорости протока.
6.4.2.Влияние концентрации питающего раствора
6.4.3.Влияние длины мембраны на поток аминокислоты и фактор ускорения диффузии.
6.5.Влияние зон экранирования и непроницаемых вставок на поверхности мембраны на транспорт аминокислоты в мембранной системе
6.5.1.Распределение локальных функций для проницаемой
но всей длине мембраны и мембраны с непроницаемыми зонами и спейсерами на поверхности.
6.5.2.Средний поток и практический фактор ускорения диффузии как функция длины непроницаемой
зоны или спейсера
6.5.3.Средний поток и фактор ускорения диффузии в
зависимости от числа периодических зон или количества
спейсеров на поверхности мембраны.
6.5.4.Средний поток и фактор ускорения переноса в
зависимости от высоты спейсеров
Список использованных источников
Приложение
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
З активность иона в растворе, моль дм
З активность иона в мембране, моль дм
5 концентрация иона в мембране, моль дм
С концентрация иона в растворе, моль дм
с0 концентрация соли на входе в секцию деионизации, моль дм
с обменная емкость мембраны, моль Дхм
в коэффициент диффузии электролита, м2 с
В, У 1 коэффициент диффузии иона , м с
а толщина мембраны, мм
Е напряженность электрического поля, Вм
е заряд электрона
Р число Фарадея, А сгэкв
Л ускорение свободного падения, м с
Н межмембранное расстояние высота канала, м
плотность тока, А м
Уш предельная плотность тока, А м
У плотность потока, моль с1 м
к термодинамическая константа химического равновесия
локальный и средний коэффициенты массопереноса, м с
1 длина секции деионизации, м
и дебаевская длина, ЯТ2СрРг, м
и длина установления диффузионного слоя, м
1 расстояние между центрами поперечных потоку спейсеров, м
р давление, Па
Ре УХ число Пекле, Ре еБс В
Я универсальная газовая постоянная, 8,4 Дж моль 1 К
Ле п . и уХ
число Рейнольдса, Яе
Б площадь поляризуемой поверхности мембран, м
5 доля поверхности массообмена, участвующей в массопереносе
0 число Шмидта, Бс
БИ, БН локальное и среднее число Шервуда
Т температура, град
, I, числа переноса ионов в растворе и в мембране, соответственно
н, подвижность ионов, м с В
и, V, V локальные и средняя линейные скорости протока раствора, мс
V вектор скорости движения жидкости
У объемная скорость потока, м с
X характерный размер канала
Хь Хх эквивалентная доля ионов в растворе и мембране
Ъ зарядовое число
у коэффициент активности иона
5 толщина диффузионного слоя, м
г выход по току
к5, кс, удельные электропроводности раствора, катионообменной и анионообменной мембран, Ом см
коэффициент гидравлического сопротивления, Я
у коэффициент кинематической вязкости раствора, м с
р плотность раствора, кг м
ре плотность пространственного электрического заряда, Кл м
ф потенциал, В
Дф падение потенциала на парной камере, В
Индексы
верхние
анионообменная мембрана
катионообменная мембрана
вход в канал обессоливания или концентрирования нижние
мембрана
суммарный
катион соли
анион соли
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Ионообменные мембраны, как и гранулированные ионообменники, представляют собой полимеры с распределенными в объме неподвижными фиксированными ионами и подвижными противоионами. Ион в ионите имеет два основных состояния ассоциированное и диссоциированное. Ассоциированный ион вместе с фиксированным ионом может составлять внутри или внешнесферный комплекс, а также ионную пару с нераспределенными гидратными оболочками. Вероятность нахождения иона в каждом из этих трех подсостояний зависит от количества сорбированной воды чем больше воды, тем сильнее удалены друг от друга фиксированный ион и противоион. Диссоциированное состояние иона также неоднозначно. Если он расположен в микропоре с радиусом г 1. Вследствие теплового движения фиксированных ионов и противоионов, ассоциированный и внедренный противоионы часто меняются местами расстояние между фиксированными ионами близко к радиусу поры, поэтому систему микропор с фиксированными ионами, противоионами и гидрофильными участками матрицы считают квазигомогенной и называют гелевой фазой ионита . Если же ион находится в достаточно крупной поре с радиусом нм, то после диссоциации он попадает в электронейтральный раствор с концентрацией, равной концентрации внешнего раствора. Полагается, что состояние такого иона мало отличается от его состояния в свободном растворе, поскольку взаимодействие воды со стенками поры в достаточной степени ослаблено. Поэтому в составе ионита выделяют по крайней мере две микрофазы гелевую микрофазу и фазу раствора рис. Третью фазу могут составлять частицы инертного связующего или скопления гидрофобных частей полимерной матрицы. Основываясь на представлениях о структуре ионита наиболее вероятными в ионообменных материалах являются три механизма переноса ионов вакансионный, эстафетный и сольватационный ,9,6,3,4. Вакансионный механизм предполагает миграцию противоионов от одной фиксированной группы к другой при условии, что эта соседняя группа вакантна, т. Эстафетный механизм заключается в выталкивании свободным внедренным ионом связанного с фиксированной группой противоиона. При этом вытолкнутый ион переходит в состояние внедренного или выталкивает очередной связанный противоион, образуя эстафету. Вытеснение связанного противоиона может происходить в направлении движения внедренного иона, в этом случае говорят о коллинеарном переходе, в противном случае наблюдается неколлинеарный переход . Рис. Схематическое изображение структуры ионита . Скачкообразный характер движения по этому механизму и наличие потенциального барьера связаны с перескоком внедренного иона из одного окружения в другое. Первый и третий механизмы могут появляться одновременно, так как покинувший потенциальную яму противоион не может выйти за пределы объема ионита. Эстафетный механизм проявляется в случае стесненного канала узкой поры 9, когда в силу стерических причин вакансионный механизм невозможен резко возрастает энергия перехода противоиона во внедренное состояние. При некоторых механизмах переноса высота барьера зависит также от энергии образования ионных вакансий и внедренных противоионов. Ширина потенциального барьера определяется длиной единичного скачка диффундирующего иона. В ионных кристаллах скачки ионов происходят от одного междоузлия к другому, поэтому для них длина единичного скачка характеризуется расстоянием между узлами решетки. В ионообменных материалах длина единичного скачка определяется расстоянием между фиксированными труппами и зависит от емкости ионита 6. Для обычных ионообменных мембран среднее расстояние между фиксированными группами составляет величину 0. Особым видом слабых электролитов являются амфолиты, которые при растворении в воде образуют цвиттерионы. Во внутреннем растворе ионообменных материалов, также как и в свободном растворе, амфолиты могут присутствовать в виде анионов, катионов и биполярных ионов. В зависимости от эти формы могут трансформироваться одна в другую, что приводит к сложному механизму их переноса в мембранных системах. Наличие в ионообменных мембранах в качестве противоионов Н4 или ОН приводит к облегчнной диффузии ионов слабых электролитов ,,,,,2,2,6,9.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.180, запросов: 121