Сопряженные эффекты концентрационной поляризации в электродиализе разбавленных растворов

Сопряженные эффекты концентрационной поляризации в электродиализе разбавленных растворов

Автор: Письменская, Наталия Дмитриевна

Шифр специальности: 02.00.05

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2004

Место защиты: Краснодар

Количество страниц: 405 с. ил.

Артикул: 2638677

Автор: Письменская, Наталия Дмитриевна

Стоимость: 250 руб.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1. Концентрационная поляризация и сопряженные эффекты в мембранных системах.
1.1 Концентрационная поляризация в электродиализе.
1.2 Основные уравнения, характеризующие конвективный массонеренос
1.3 Описание переноса ионов с элекгродиффузионным контролем.
1.3.1 Одномерные модели
1.3.2 Двумерные конвективнодиффузионные модели
1.3.3 Результаты экспериментальных исследований
1.4 Сопряженные эффекты концентрационной поляризации
1.4.1 Пространственный заряд в диффузионном слое.
1.4.2 Генерация и ОНионов.
1.4.3 Эффект экзальтации предельного тока
1.4.4 Сопряженная конвекция раствора.
1.4.4.1 Гравитационная конвекция
1.4.4.2 Электроконвекция
1.4.4.3 Эффект Марангони
1.4.4.4 Факторы, влияющие на сопряженную конвекцию раствора
1.4.4.5 Экспериментальные исследования сопряженной конвекции
1.5 Транспорт слабых электролитов в элекгромембранных системах
1.5.1 Некоторые равновесные и кинетические характеристики растворов
слабых электролитов
1.5.2 Перепое слабых электролитов в элекгромембранных системах при мягких токовых режимах.
1.5.3 Перенос слабых электролитов при интенсивных токовых режимах. 2 Основные характеристики ионообменных мембран
2.1 Методы исследования
2.2 Структура поверхности и объема мембран
2.2.1. Результаты электронной микроскопии и элементного анализа
2.2.2. Способ определения доли проводящей и непроводящей поверхности
гетерогенных мембран
2.3 Равновесные и кинетические характеристики ионообменных мембран
2.3.1 Ионный обмен анионов сильных и слабых кислот.
2.3.2 Электропроводность ионообменных мембран в растворах сильных и слабых электролитов.
3 Методы исследования концентрационной поляризации
3.1 Методики получения хронопотенциограмм и суммарных вольтамперных характеристик.
3.1.1 Электродные системы.
3.1.2 Электромембранные системы.
3.1.3 Экспериментальные ячейки для вольтамперометрии и хронопотенциометрии электродных и элекгромембранных систем
3.1.4 Методика комплексного получения электрохимических характеристик электромембранной системы.
3.2 Определение парциальных токов ионов соли и продуктов диссоциации воды
3.3 Предельные и критические токи в элекгромембранных системах.
3.3.1 Прямые методы определения предельного и критического токов
3.3.1.1 Характерные точки вольтамперных кривых.
3.3.1.2 Характерные точки хронопотенциограмм.
3.3.1.3 Сопоставительный анализ токов, определяемых по характерным точкам вольтамперных характеристик и хронопотенциограмм.
3.3.1.4 Определение предельного тока но парциальным вольтамперным характеристикам
3.3.2 Косвенные методы определения предельного и критического токов.
3.3.2.1 Принципиальные особенности косвенных методов.
3.3.2.2 Определение предельного и критического токов с использованием вспомогательной ферроферрицианидной
электродной системы
3.3.2.3. Примеры расчетов и верификация косвенной методики.
4 Параметры мембранных систем, определяющие предельный ток и электрохимическое поведение мембран при свсрхпрсдсльпых токах
4.1 Роль гетерогенности поверхности мембран
4.1.1 Физическая модель протекания тока через гетерогенную поверхность ионообменной мембраны
4.1.2 Роль тонкой гомогенной пленки на поверхности мембраны
4.2 Инертные и ионообменные наполнители у гомогенной поверхности
4.2.1 Степень экранирования и фактор развития поверхности массообмена
4.2.2 Закономерности изменения толщины диффузионного слоя в системах с инертными и ионообменными наполнителями.
5 Электромассоперенос ионов сильных электролитов при токах выше предельного
5.1 Влияние диссоциации воды и сопряженной конвекции на парциальный ток
противоионов соли через индивидуальные мембраны
5.1.1 Модельные представления и модификация уравнения Харкаца
5.1.2 Определение вклада сопряженных эффектов концентрационной поляризации в сверхпредсльный перенос ионов соли.
5.2 Диссоциация воды и распределение потоков Н, ОН ионов в каналах обсссоливания
5.2.1 Генерация Н, ОН ионов при электродиализе разбавленных растворов
5.2.1 Л Роль каталитической активности ионогенных групп мембран
5.2.1.2 Влияние плотности тока, концентрации и скорости протока раствора
5.2.1.3 Влияние физической и геометрической неоднородностей поверхностей массообмена
5.2.2 Распределение потоков продуктов диссоциации воды в каналах обсссоливания
5.2.2.1 Модельные представления.
5.2.2.2 Экспериментальная проверка модельных представлений
5.2.3 Количественная оценка парциальных токов продуктов диссоциации
воды в длинных каналах обсссоливания
5.3 Сопряженные эффекты концентрационной поляризации в каналах обсссоливания электродиализаторов
5.3.1 Расчет парциальных токов и толщины электронейтральной части диффузионного слоя возле анионо и катионообменной мембран,
образующих канал обсссоливания элсктродиализатора
5.3.2 Вклад сопряженной конвекции и эффекта экзальтации в приращение свсрхпредел ьного тока
5.3.3 Условия реализации гравитационной и электрической конвекции в электродиализе разбавленных растворов.
5.3.3.1 Роль положения мембраны в поле тяжести земли. Влияние межмембранного расстояния и концентрации раствора на вид конвекции
5.3.3.2 Влияние толщины мембран и свойств их поверхности на
развитие сопряженной конвекции.
5.3.3.3 Влияние скорости протока раствора
6 Транспорт анионов слабых кислот в электромембранных системах
6.1 Механизмы переноса при мягких и интенсивных токовых режимах.
6.2 Математическое описание
6.3 Экспериментальная проверка модельных представлений.
6.4 Сравнительный анализ механизмов переноса в ЭМС с сильными и
слабыми электролитами
7 Интенсификация электроанализа сопряженными эффектами концентрационной поляризации
7.1 Факторы, влияющие на эффективность электродиализа
7.2 Способы интенсификации электродиализа разбавленных растворов.
7.3 Сопряженные эффекты концентрационной поляризации в
крупногабаритных электродиализных аппаратах.
7.3.1 Методика исследования массообменных характеристик электродиализаторов
к 7.3.2 Масштабирование электрохимических характеристик
электродиализаторов.
7.3.3 Влияние конструкции камер обсссоливания на массообменные
характеристики элсктродиализаторов притоках выше предельного
7.4 Информационновычислительная система для характеризации элекгродиализных аппаратов и прогнозирования их массообменных свойств.
Выводы
Список использованных источников


Прежде всего, это возникновение макроскопического пространственного заряда ОПЗ, генерация Л4, Г ионов вблизи границы раздела мембранараствор и вызванный электрическим полем продуктов диссоциации воды эффект экзальтации предельного тока, а также сопряженная конвекция раствора вблизи поверхности мембран. СЭКП относятся сопряженные с переносом ионов химические реакции, в частности, взаимодействие ионов слабых электролитов с растворителем водой и продуктами ее диссоциации в ОДС, на поверхности раздела мембранараствор и внутри ионообменного материала. Заметим, что с точки зрения влияния на массоперенос и электрическое сопротивление мембранных систем, наиболее значимыми представляются тс эффекты, которые имеют место в каналах обессоливания электродиализаторов. Пространственный электрический заряд играет очень важную роль в развитии сопряженных эффектов концентрационной поляризации. Вопервых, он формирует объемную электрическую силу, вызывающую электроконвекцию вовторых, именно в области пространственного заряда локализуется наибольший вклад в скачок потенциала в системе, а значит, и выделение джоулсва тепла втретьих, пространственный заряд оказывает существенное влияние на условия дис
социации воды на межфазной границе. Проблема пространственного заряда на межфазной границе давно привлекает внимание электрохимиков. Еще в г. Левин 8 рассмотрел эту задачу для случая границы электродраствор. Он показал 8,7, что протекание малых токов сдвигает концентрацию электронейтрального раствора электролита вблизи поверхности электрода вместе с этим изменяется толщина диффузной части двойного электрического слоя ДЭС, однако в ней сохраняется больцмановское равновесное распределение концентраций. Авторы ,,9,, получили асимптотические решения задачи, справедливые при плотностях тока меньше предельного значения. Они пришли к выводу, гто всю область изменения концентрации в растворе можно разбить на две части электронейтральную область и область пространственного заряда ОПЗ с равновесным распределением концентрации и потенциала. Смирл и Ньюмен 0, применив метод малого параметра, проанализировали структуру приэлекгродного слоя раствора при протекании предельного тока и нашли, что вследствие уменьшения граничной концентрации электролита толщина ОПЗ заметно больше толщины неноляризованного двойного слоя при нулевом токе, а напряженность электрического поля и скачок потенциала в диффузионном слое не равны бесконечности, как в случае классических теорий, основанных на предположении элсктронсйтральности. В г. Рубинштейн ii и Штильман i опубликовали ра белу 9, в которой теоретически описан электроперенос ионов бинарного электролита через диффузионный слой вблизи ионообменной мембраны. Особенность рассмотренной ими задачи заключалась в том, что вместо традиционного условия электронейтральности 1. НсристаПланка 1. Пуассона 1. Численное решение задачи показало 9, что область пространственного заряда, локализующаяся в пределах двойного электрического слоя на межфазной границе при допредельных токах, выходит за пределы ДЭС при ii,. Это приводит к уменьшению эффективной толщины диффузионного слоя, что, в свою очередь, и обеспечивает сверхпредельный прирост тока ионов соли. Работа Рубинштейна и Штильмана 9 вызвала значительный интерес специалистов по мембранной электрохимии, поскольку она давала ключ к раскрытию механизма феномена сверхиредельного тока. Следом за этой работой появилось большое число других 7,7,8,0,3,,8,4,2,1,,7,,7,,6 и др. В работах 8,4,2,1,,7, получены аналитические решения для случая протекания произвольного, в том числе сверхпредельного тока. Наиболее последовательное и строгое решение найдено в 4. Это решение было тщательно , сопоставлено с численным решением Рубинштейна и Штильмана 9, а также независимо с численным решением М. Х. Уртенова 1. Все три решения дали очень близкие результаты при расчете распределения концентраций и электрического поля в диффузионном слое, а также при расчете вольтамперной характеристики. Дальнейшее развитие теории и проведение численных экспериментов 4,3,2,7 позволило установить, что при токах выше предельного диффузионный слой состоит, но крайней мерс, из четырех зон 6, 3,7. В работе 6 в качестве примера рассмотрен случай i 2i в интервале 0 х8 0. В области 0.

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: 0.186, запросов: 121