Физико-химические характеристики, равновесная сорбция и разделение водных пектинсодержащих систем анионообменными мембранами МА-40 и МА-41

• Автор: Бодякина, Ирина Михайловна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Пектины и их применение

1.2 Физико-химические методы выделения пектинов из растворов

1.3 Физико-химические свойства растворов пектинов

1.4 Электромембранные системы, содержащие полиэлектролиты

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Ионообменные мембраны, используемые в работе

2.2 Методика выделения пектина

2.3 Методика потенциометрического определения состава функциональных групп и степени этерификации молекул пектина
2.4 Определение вязкости растворов и молекулярной массы пек- 52 тина
2.5 Методика измерения электропроводности водных растворов пектина и пектата натрия
2.6 Методика сорбции пектинов на мембранах
2.7 Определение состояния поверхностей мембран методом атомно-силовой микроскопии
2.8 Порометрическое исследование структуры мембран
2.9 Методика электродиализа
2.10 Определение содержания ионов СГ и БО^' в растворе
2.11 Методика ИК-спектроскопии
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
ПЕКТИНА
3.1 Реологические свойства и механизм вязкого течения
водных растворов пектина
3.2 Электропроводность растворов пектина

ГЛАВА 4. СОРБЦИЯ ПЕКТИНОВ НА АНИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАНАХ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ИХ СТРУКТУРУ
4.1 Сорбция пектинов различного происхождения на анионообменных мембранах
4.2 Влияние сорбции пектина на характер поверхности аниоиооб-менных мембран различной химической природы
4.3 Структурные характеристики мембраны МА-40, сорбировавшей пектины различного происхождения
ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОТРАНСПОТРНЫЕ СВОЙСТВА АНИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН В ПЕКТИНСОДЕРЖАЩИХ МЕМБРАННЫХ СИСТЕМАХ
5.1 Влияние различных факторов на показатели электродиализа пектинсодержащих растворов хлороводородной кислоты
5.1.1 Влияние плотности тока и концентрации пектина на электромассоперенос противоионов хлора через мембрану МА-
5.1.2 Влияние вида пектина на процесс электродиализа пектинсодержащих растворов НС
5.1.3 Влияние типа анионообменной мембраны на электромассоперенос противоионов
5.2 Электромембранная конверсия хлороводородной кислоты из пектинсодержащих растворов хлорида натрия
5.3 Электромассоперенос сульфат- и хлорид-ионов через мембрану МА-40 из пектинсодержащих растворов
5.4 Электромембранная регенерация хлороводородной кислоты из кислых псктинсодержащих экстрактов
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Латинские символы С - концентрация раствора пектина, г/л;
Э - коэффициент диффузии в растворе, см2/с;
Р - число Фарадея;
ас' - изменение свободной энергии активации вязкого течения, кДж/моль; ан * - изменение энтальпии активации вязкого течения, кДж/моль;
I - безразмерная плотность тока;
] - поток противоиона в мембране, моль/см2с;
М - молекулярная масса, кБа;

МА - число Авогадро, 6.02 • 10 ;
Р - степень регенерации кислоты, %;

я>, 'а _ относительное число переноса;
Л - степень деминерализации, %;
а.9' - изменение энтропии активации вязкого течения Дж/К-моль;
Т - абсолютная температура, К;
1 - плотность тока, мА/см2;
цр - предельная плотность тока, мА/см2;
I - число переноса противоиона в растворе;
7 - число переноса противоиона в мембране;
Греческие символы 0Ц) - степень диссоциации при отсутствии тока; а; - степень диссоциации в условиях тока;
5 - толщина диффузионного слоя, см;
Г- коэффициент динамической вязкости, мН-с/м2 [П] - характеристическая вязкость;
Я - эквивалентная электропроводность, Ом"'см2экв'';

Одной из физико-химических характеристик пектина является термическая устойчивость. Авторами [111] проведены исследования по изучению этого показателя для свекловичного и цитрусового пектинов. Установлено, что при нагревании свекловичного пектина до 205 °С, а цитрусового до 115 °С удаляется наиболее слабо связанная вода, и не наблюдается изменений в структуре молекул. При дальнейшем нагревании удаляется более прочно связанная вода, образующая водородные связи с кислородными мостиками и гидроксигруппами молекул пектина. Вода из гидратных оболочек свободных и этерифицированных гидроксигрупп удаляется при 295 °С для цитрусового пектина и при 211 °С для свекловичного. Это сопровождается деструктивными процессами молекул пектина.
Автором работы [69] исследованы особенности гидратации молекул пектина методом термогравиметрии. Установлены три интервала температур (20-45, 45-75, 75-105 °С), в которых удаление воды из пектина происходит приблизительно с одинаковой скоростью, что указывает на энергетическую неравноценность состояния воды в нем. Низкие значения энергии активации дегидратации при 25-45 °С, позволяют считать, что при этом из пектина удаляется вода с разупорядоченной структурой, молекулы которой связаны одной или двумя водородными связями. Затем удаляется вода с нормальной сетью водородных связей, а также вода гидратных оболочек гидроксильных групп, атомов кислорода пиранозных колец и простых эфирных связей. Повышенные величины энергии активации, рассчитанные автором, свидетельствуют об удалении достаточно прочно связанной воды из гидратных оболочек карбонилов карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты, а также воды, связанной ион-дипольными взаимодействиями с примесными ионами кальция и фиксированными карбоксилат-ионами при температуре 75-105 °С.
1.4 Электромембранные системы, содержащие полиэлектролнты Впервые электромембранные системы, включающие полиэлектролиты, были исследованы в работах японских ученых [112, 113, 114, 115] при решении задач опреснения морской воды и конверсии из нес солей. В работе [112]