Перенос ионов и диссоциация воды при электродиализе водных растворов с катионообменной фосфоновокислой мембраной

• Автор: Козадерова, Ольга Анатольевна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Синтез и свойства ионообменных материалов

1.2. Ионообменные мембраны: свойства и применение

Глава 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДЫ РАБОТЫ

2.1. Характеристики ионообменных мембран

2.2. Определение физико-химических характеристик ионообменных мембран

2.3. Методы компонентного анализа растворов

2.4. Метод инфракрасной спектроскопии
2.5. Аминокислоты: свойства и методы анализа
2.6. Контактно-разностный метод измерения импеданса ионообменных мембран
2.7. Электродиализная ячейка и схема ее включения
2.8. Метод лазерной интерферометрии
2.9. Квантово-химический метод расчета структуры ионообменных мембран
Глава 3. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАТИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН
3.1. Электропроводность катионообменных мембран
3.2. Кинетические характеристики противоионов в ионообменных мембранах

3.3. Энергии активации электромассопереноса ионов и элементарный транспортный акт в фосфоновокислых мембранах
3.4. Физико-химические характеристики мембран разной толщины
Глава 4. ЭЛЕКТРОДИАЛИЗ С ФОСФОНОВОКИСЛЫМИ
КАТИОНООБМЕННЫМИ МЕМБРАНАМИ
4.1. Генерация водородных ионов на межфазной границе катионообменных мембран с разными ионогенными группами и раствора
4.2. Влияние гидратации противоионов на генерацию водородных ионов на межфазной границе катионообменных мембран и раствора
4.3. Лазерно-интерферометрическое исследование автоколебательного режима при электродиализе с фосфоновокислой катионообменной мембраной
4.3.1. Секция обессоливания
4.3.2. Секция концентрирования
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие электродиализа водных растворов связано с использованием плотностей тока, превышающих предельные диффузионные, поскольку в этом случае процесс обессоливания протекает более интенсивно. В данных условиях возникает сильная концентрационная поляризация системы, и у поверхности ионообменных мембран протекает диссоциация воды, приводящая к увеличению pH в секции концентрирования и образованию труднорастворимого осадка на мембранах. В работах В.И. Заболоцкого, Н.В. Шельдешова и Н.П. Гнусина показано, что мембрана, содержащая фосфоновокислые группы, является более эффективным генератором водородных ионов в сравнении с сульфокатионообменной, которая в настоящее время наиболее широко используется в электромембранных системах. Однако особенности ионного транспорта
. " I
через фосфоновокислые мембраны слабо изучены; остается дискуссионным принципиальный вопрос о механизме влияния функциональных групп ионообменных мембран на скорость генерации водородных и гидроксильных ионов при диссоциации воды. Едва ли останутся индифферентными к природе ионообменной мембраны и автоколебательные процессы, возникающие в межмембранных пространствах электродиализного аппарата при запредельных плотностях тока. Поэтому сравнительный анализ транспортных характеристик фосфоновокислых и сульфокатионообменных мембран электромембранных систем, работающих в интенсивных токовых режимах, детализация процессов генерации мембранами водородных ионов, установление особенностей строения концентрационного поля в секциях обессоливания и концентрирования электродиализных аппаратов с фосфорсодержащими мембранами представляется актуальной научной проблемой, решение которой может способствовать повышению эффективности проведения электродиализа.

Возможность измерения электросопротивления мембран, в которое не входят сопротивления межфазных границ электрод - мембрана и мембрана -мембрана дают разностные методы (рис. 1.7). Для нахождения сопротивления мембраны (КМб) измеряют сопротивление ячейки с мембраной (КО, находящейся в равновесном растворе, сопротивление которого Кр, и сопротивление ячейки без мембраны (Кг). Находят разность этих двух сопротивлений, которая соответствует сопротивлению мембраны. Таким образом, исключается вклад сопротивлений границ электрод - раствор (Кэ.р):
(1.32)
(1.33) (1-34)
Лучшие результаты разностный метод даёт при измерении электросопротивления в растворах высоких и средних концентраций, а в случае равновесия мембран (с большой электрической проводимостью) с разбавленным раствором (с более низкой, чем мембрана проводимостью) он сводится к определению малой разности между двумя большими сопротивлениями, и ошибка измерения может достигать 50 - 100 % [79]. Этого недостатка лишены описанные выше контактные методы.
= К-э-р + К-р + Кмб К2 = К-э-р + Кр

Рис. 1.7. Ячейки для измерения сопротивления мембран разностным методом: (а) - общий принцип, (б) - конструкция ячейки прищепного типа [84] 1 -раствор, 2 - электроды, 3 - мембрана.
Наиболее совершенным вариантом разностного метода является дифференциальный разностный метод [80], который позволяет работать в интервале равновесных растворов 0,003 - 0,2 молъ/л с погрешностью не более