Разработка асимметричных биполярных мембран и исследование их электрохимических характеристик

• Автор: Мельников, Станислав Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 198 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН

]. 1 Диссоциация молекул воды и перенос ионов в электромембранных системах с биполярными мембранами

1.1.1 Строение межфазовой границы катионообменник / анионообменник

1.1.2 Катализ реакции диссоциации воды в биполярных мембранах

1.1.3 Влияние монополярных слоев на перенос ионов в биполярных мембранах

1.2 Методы получение биполярных мембран

1.3 Практическое применение биполярных мембран

1.4 Асимметричные биполярные мембраны

1.5 Заключение по обзору литературы

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Исследуемые ассиметричные биполярные мембраны
2.2 Методы исследования биполярных мембран
2.2.1 Исследование характеристик биполярной области биполярных мембран методом импедансной спектроскопии
2.2.2 Метод измерения динамических вольт-амперных характеристик биполярных мембран
2.2.3 Метод измерения чисел переноса коионов Иа+ и СГ через биполярную мембрану в системе кислота / щелочь и расчет чисел переноса ионов водорода и гидроксила
2.2.4 Метод измерения прочности сцепления катионообменного и анионообменного слоев ассиметричной биполярной мембраны
2.2.5 Исследования строения биполярной области модифицированных гетерогенных биполярных мембран методом сканирующей электронной микроскопией с локальным рентгеновским зондовым микроанализом

2.3 Осаждение гидроксидов переходных металлов на биполярную границу
2.4 Введение ионов переходных металлов в анионообменные мембраны МА-40 и исследование полученных мембран
2.5 Изучение процесса получения сверхчистой воды электродеионизацией
с применением асимметричных биполярных мембран
2.6 Получение подпиточной воды для парогенератора с использования электродиализатора-синтезатора с асимметричными биполярными мембранами
3 СОЗДАНИЕ АСИММЕТРИЧНЫХ БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН85
3.1 Создание асимметричных биполярных мембран
3.1.1 Совмещение катионообменного и анионообменного слоёв
3.1.2 Выбор мембраны-подложки для создания асимметричных биполярных мембран
3.2 Влияние толщины катионообменного слоя на электрохимические свойства асимметричных биполярных мембран
3.3 Изучение диссоциации воды и транспорта ионов через асимметричные биполярные мембраны в умеренно концентрированных растворах кислоты и щёлочи
3.4 Теоретическое описание транспорта ионов через асимметричные биполярные мембраны
3.5 Заключение по третьей главе
4 ВЛИЯНИЕ КАТАЛИЗАТОРА НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ ДИССОЦИАЦИИ ВОДЫ В АСИММЕТРИЧНЫХ БИПОЛЯРНЫХ
МЕМБРАНАХ
4.1 Влияние ионполимерного катализатора на электрохимические свойства
асимметричных биполярных мембран
4.1.1 Улучшение электрохимических характеристик асимметричных биполярных мембран содержащих катализатор
4.1.2 Увеличение селективности биполярной мембраны МБ-3, для обработки растворов высокой концентрации
4.2 Исследование каталитической активности ионов переходных металлов на реакцию диссоциации воды в анионообменной мембране
4.3 Влияние гидроксидов переходных металлов на скорость диссоциации воды в асимметричных биполярных мембранах
4.4 Заключение по четвёртой главе
5 ПРИМЕНЕНИЕ АСИММЕТРИЧНЫХ БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН
5.1 Получение сверхчистой воды в процессе непрерывной электродеионизации
5.2 Получение подпиточной воды для парогенератора
5.3 Заключение по пятой главе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Заключение об использовании результатов диссертационной работы в учебном процессе кафедры физической химии
Кубанского государственного университета (г. Краснодар)
Приложение 2 Справка об использовании результатов диссертационной работы на предприятии ООО «Инновационное Предприятие «Мембранная
Технология»»
Приложение 3 Акт о передаче методики изготовления асимметричных биполярных мембран на предприятие ООО «Инновационное Предприятие
«Мембранная Технология»»
Приложение 4 Акт опытно-промышленных испытаний электродиализатора-синтезатора с асимметричными биполярными мембранами в составе гибридной бароэлектромембранной установки (ГБМУ-1) на производстве ОАО «Каменскволокно»

ионогенными группами. На биполярную границу мембраны химическим осаждением вводится гидроксид хрома (III).
Мембрана 1Чеозер1а ВР-1 - армированная мембрана, состоящая из катионообменного слоя, содержащего сульфоновые группы, к которому приклеен анионообменный слой, содержащий четвертичные аммониевые группы. Катионообменный слой предварительно подвергается шерхованию и выдерживается в растворе соли Бе(П).
Мембрана Ациа1у1тс5 АР6 имеет многослойную структуру на основе полистирольной матрицы, в которую введены сульфоновые и четвертичные аммониевые группы.
Мембрана РТВМ1 имеет слоистую сэндвичевую структуру и состоит из катионообменного слоя толщиной около 40 мкм (сульфогруппы в поперечно-сшитом полиэфиркетоне), анионообменного слоя толщиной около 20 мкм (четвертичные аммониевые группы введенные в полисульфоновую матрицу), между которыми расположен очень тонкий промежуточный слой толщиной около 10 нм, содержащий полиэлектролитный комплекс с третичными аммониевыми группами. Мембрана РТВМ2 с химической точки зрения идентична предыдущей, но не содержит армирующего материала.
Мембрана МБ-2-Сг - экспериментальная биполярная мембрана на основе биполярной мембраны МБ-2. На биполярной границу мембраны МБ-2 электроосаждается гидроксид хрома (III). Мембрана МБ-2 имеет двухслойную сэндвичевую структуру и содержит сульфокислотные группы в катионообменном слое (катионит КУ-2) и четвертичные аммониевые группы в анионообменном (анионит АВ-17). Данная мембрана обладает наилучшей селективностью к ионам водорода и гидроксила среди биполярных мембран российского производства, однако на ней велико напряжение диссоциации воды.