Влияние гидрофобности и микроструктуры поверхности ионообменных мембран на массоперенос ионов соли в сверхпредельных токовых режимах

Влияние гидрофобности и микроструктуры поверхности ионообменных мембран на массоперенос ионов соли в сверхпредельных токовых режимах

Автор: Мельник, Надежда Андреевна

Шифр специальности: 02.00.05

Научная степень: Кандидатская

Год защиты: 2011

Место защиты: Краснодар

Количество страниц: 180 с. ил.

Артикул: 5397568

Автор: Мельник, Надежда Андреевна

Стоимость: 250 руб.

Влияние гидрофобности и микроструктуры поверхности ионообменных мембран на массоперенос ионов соли в сверхпредельных токовых режимах  Влияние гидрофобности и микроструктуры поверхности ионообменных мембран на массоперенос ионов соли в сверхпредельных токовых режимах 

Введение
1 Литературный обзор.
1.1 Концентрационная поляризация ионообменных мембран при элсктродиализс.
1.2 Механизмы сверхпредельного массонереноса
1.2.1 Каталитическая генерация ионов Н и ОН и эффект
экзальтации предельного тока.
1.2.2 Сопряжнная конвекция раствора.
1.2.3 Структура обедннного диффузионного слоя в интенсивных токовых режимах.
1.3 Факторы, определяющие характер развития сопряженной конвекции
1.3.1 Концентрация электролита в обессоливаемом растворе.
1.3.2 Вынужденная конвекция обессоливаемого раствора.
1.3.3 Степень гидрофобности поверхности
1.3.4 Стоксовский радиус противоионов
1.3.5 Морфология и рельеф поверхности
1.4 Принципы формирования гидрофобной поверхности и перспективные материалы для их реализации в мембранных
системах .
1.4.1 Способы формирования гидрофобных и супсргидрофобных поверхностей.
1.4.2 Углеродные нанотрубки и их взаимодействие с сульфированным политетрафторэтиленом.
2 Способы изготовления и методы изучения ионообменных мембран
2.1 Способы производства и некоторые характеристики серийно выпускаемых мембран
2.2 Способы модифицирования поверхности ионообменных мембран
2.3 Методы визуализации поверхности.
2.3.1 Сканирующая электронная микроскопия
2.3.2 Атомносиловая микроскопия.
2.4 Методы определения химического состава поверхности
2.4.1 ИКФурье спектроскопия.
2.4.2 Совмещнный с СЭМ метод рентгенофлуоресцентного анализа
2.4.3 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.5 Методика измерения контактных углов смачивания поверхности ионообменных мембран
2.6 Комплексная методика изучения электрохимических и массообменных характеристик ионообменной мембраны.
2.6.1 Измерение и обработка вольтамиерных харакгеристик и хронопотенциограмм
2.6.2 Определение массообменных харакгеристик ионообменных мембран.
2.7 Определение диффузионной проницаемости мембран.
3 Сверхпредельный массопсренос в мембранах с различной
гидрофобностью поверхности.
3.1 Влияние характеристик поверхности серийно выпускаемых мембран
на их поведение в интенсивных токовых режимах
3.1.1 Морфология объма и поверхности серийно выпускаемых
мембран
3.1.2 Контактные углы смачивания поверхности серийно выпускаемых мембран.
3.1.3 Суммарные и парциальные вольтамнерные харакгеристики серийно выпускаемых мембран.
3.2 Характеристики поверхности модифицированных мембран
3.2.1 Морфология поверхности.
3.2.2 Контактные углы смачивания.
3.3 Электрохимические и массообменные характеристики модифицированных и серийно выпускаемых мембран
3.3.1 Мембраны, изготовленные модифицированием поверхности
3.3.2 Мембраны, изготовленные модифицированием поверхности Ыайоп
4 Эволюция гнлрофобности и рельефа поверхности мембраны СМХ в
процессе е эксплуатации в интенсивных токовых режимах
4.1 Морфология, химический состав и контактные углы смачивания поверхности СМХ.
4.2 Оценка вкладов различных механизмов в сверхпредельный массоиеренос с использованием вольтамперных характеристик мембраны СМХ
4.3 Концентрационные зависимости коэффициента массопсреноса.
4.4 Механизмы роста скорости сверхпределыюго переноса.
5 Массообменные и электрохимические характеристики мембран с
модифицированной поверхностью в каналах обессоливанин
укрупннного лабораторного электродиализатора.
5.1 Объекты исследования и методика изучения каналов обессоливания
5.2 Сравнительный анализ характеристик серийно выпускаемых и модифицированных мембран
5.3 Влияние генерации , ОГГ ионов на интенсивность развития элсктроконвскции в длинных каналах
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Список обозначений и сокращений
Обозначения
а ширина проточной камеры, м
Ь длина скольжения, м
с, концентрация ионов, моль дм
С концентрация, моль дм
Сц концентрация электролита у межфазной границы, моль дм
с0 концентрация электролита в ядре потока, моль дм
с1 толщина обедненного диффузионного слоя, м
0 коэффициент диффузии электролита в растворе, см2 с
Т7 число Фарадея, 0 А смоль
Сг число Грасгофа
к межмембранное расстояние, м
плотность тока, Асм
парциальная плотность тока, Асм
1ц предельная плотность тока, Асм
плотность потока ионов, мольм2с
1 длина активной поверхности мембраны, м
Р коэффициент диффузионной проницаемости, см2с
эффективное сопротивление мембранной системы, Ом
Ш число Ричардсона
Ка число Рэлея
Ке число Рейнольдса
площадь активной поверхности мембраны, м
5 доля проводящей поверхности
5с число Шмидта
5 число Шервуда
Т, т эффскгивные числа переноса противоиона соответственно
через катионо и анионообменную мембраны канала обсссоливания
число переноса иона в растворе
, эффективное интегральное число переноса ионов
электромиграционное число переноса в мембране
У безразмерная длина канала
V средняя линейная скорость течения раствора между
мембранами, мс у объем раствора в тракте обессоливания, м
объемная скорость протока раствора, м3с
объемная скорость течения титранта, м3с
р электрический потенциал, В
X толщина квазиравновесного пограничного электрического
двойного слоя, м
5 стационарная толщина пограничного диффузионного слоя
Нсрнста в обедннном растворе, м
эффективная толщина обедненного диффузионного слоя, м
толщина области пространственного заряда, м
Д оператор Лапласа
степень обессоливания
7, выход по току
в угол смачивания, градусы
Индексы нижние , ион
цт предельное значение
омический
межфазная граница
т титрант
продукты диссоциации воды, попадающие в раствор
наб набухшая мембрана
противоион соли
верхние
ехр экспериментальное значение
то мембрана
Иеог теоретическое значение
Сокращения
А анионообменная мембрана
АСМ атомносиловая микроскопия
ВАХ вольтамперная характеристика
ДМДААХАН диметилдиаллиламмоний хлорид с акрил он итрилом
последующим гидролизом АН муравьиной кислотой
ик инфракрасная спектроскопия
иом ионообменная мембрана
к катионообменная мембрана
кк камера концентрирования
ко камера обессоливания
одс обедннный диффузионный слой
ПТФЭ политетрафторэтилен
РФА рентгенофлуоресцентный анализ
РФЭС рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
СПТФЭ сульфированный политетрафторэтилен
СЭМ сканирующая электронная микроскопия
УМ углеродный материал
УНТ углеродные нанотрубки
хп хронопотенциорамма
ЭД электродиализатор
Введение


Именно эта способность ИОМ определяет их применение в электродиализе, делая возможным увеличение концентрации электролита в одних камерах электродиализатора ЭД и его уменьшение в других. Однако та же самая способность является причиной ограничений в скорости массопереноса через ионообменные мембраны вследствие явления концентрационной поляризации, вызванного протеканием электрического тока. Поэтому понимание основ концентрационной поляризации очень важно для успешного применения ИОМ и их совершенствования. Последние представления о сущности этого явления рассмотрены в 1. Парная камера элсктродиализатора состоит из чередующихся катионо и анионообменных мембран рисунок 1. Электрический ток направлен перпендикулярно поверхности мембран. В первый момент протекания постоянного электрического тока плотностью носителями тока в мембране в основном являются противоионы, в то время как в растворе вклады в массоперенос катионов и анионов являются сопоставимыми. Немедленно после включения тока рисунок 1. В результате концентрация противоионов и коионов в прилегающем к мембране слое раствора у одной межфазной границы мембраны уменьшается, а у другой увеличивается. Это приводит к появлению диффузионного потока ионов из объема раствора к поверхности мембраны. Рисунок 1. Схема электродная изной ячейки, содержащей чередующиеся анионообменные А и катионообменные К мембраны а КО и КК соответственно камеры обессоливания и концентрирования точками 1 и Г обозначено местоположение кончиков капилляров Луггина. Схематичное изображение концентрационных профилей противоионов соли непрерывные линии и коионов пунктирные линии в обедненном диффузионном слое ОДС толщиной с1 у К при различных плотностях тока б ОДС состоит из электронейтральной области 0 х и области пространственного заряда 8 х 6 . Т7 число Фарадея. Средняя часть уравнения 1. Правая часть уравнения 1. Т, интегральное 2,3 или эффективное 4,5 число переноса этого иона в мембране. Заметим, чго, Т, может отличаться от электромиграционного числа переноса в мембране, тА, изза различных вкладов, отличных от миграционной составляющей переноса диффузии и конвекции. Тем не менее, если концентрация раствора не слишком высока, Г, можно считать близким к ,. Как правило, в разбавленных растворах серийно выпускаемые ИОМ высокоселективны к противоионам 6 концентрация коионов в них много меньше, чем концентрация противоионов, а Г, и 1тА близки к 1. Изменения концентрации продолжаются вплоть до того момента, когда увеличивающийся со временем диффузионный перенос, а также конвективный ноток, растущий по мере удаления от мембраны, полностью не компенсируют разность миграционных потоков в растворе и мембране. Если рассматривать одномерный перенос но нормали ось х на рисунке 1. В соответствии с рекомендациями ШРАС 7, возникновение градиентов концентрации у границы мембранараствор под действием внешних движущих сил обозначаегся термином концентрационная поляризация. Этот термин используется как в электро, так и в баромембранных процессах 8. Таким образом, концентрационная поляризация является неотъемлемым свойством мембранных процессов разделения. Заметим, что иногда под концентрационной поляризацией подразумевают 9 целый комплекс яачений, сопровождающих формирование индуцированных током градиентов концентрации у поверхности мембраны электрода, включая, в частности, явления сверхпредельного переноса. В электрохимии под концентрационной поляризацией электрода понимается сдвиг скачка потенциала на электроде, обусловленный сдвигом ионных концентраций у межфазной границы от их объемных значений 0. В соответствии с классической элекгрохимией, формирование градиентов концентрации у поверхности мембраны электрода приводит к офаничению плотности гока, . С ростом стационарная конценфация элекфолита у межфазной фаницы, с5у уменьшается рисунок 1 Когда с4 приближается к нулю точнее, становится много меньше конценфации элекфолита в ядре потока, с0, плотность тока достигает предельного значения ш. Выражение для ц1т нетрудно получить из уравнений 1. Нернста в обедннном растворе. Согласно уравнению 1.

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: 0.227, запросов: 121