Диффузионные пограничные слои и электроконвективная нестабильность на границе ионообменная мембрана - раствор при интенсивных токовых режимах

• Автор: Жильцова, Анна Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Основные закономерности конвективно-диффузионного переноса в электрохимических системах

1.1. Концепция диффузионного пограничного слоя и ее развитие

1.2. Электроконвективная нестабильность в электрохимических системах

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования

2.1. Ионообменные мембраны и их основные физико-химические характеристики

2.2. Локально-распределительный анализ растворов в электромембранных системах методом лазерной интерферометрии
2.3. Методика комплексного изучения гидродинамического состояния межфазных границ электромембранной системы, измерения концентрационных полей, массообменных, электрохимических и температурных характеристик

2.4. Спектроскопия шумов в электромембранных системах

2.5. Методы визуализации и определения физико-химических свойств поверхности мембран
2.5.1. Растровая электронная микроскопия
2.5.2. Атомно-силовая микроскопия
2.5.3. Методика измерения контактных углов смачивания поверхности ионообменных мембран
ГЛАВА 3. Явления конвективной нестабильности на границе ионообменная мембрана - раствор при высокоинтенсивных токовых режимах
3.1. Образование и развитие конвективной нестабильности на границе мембрана-раствор

3.2. Спектральные свойства флуктуаций концентрационного поля в 118 стратифицированных электромембранных системах
3.3. Верификация математической модели сверхпредельного состояния 126 электромембранных систем
ГЛАВА 4. Диффузионные пограничные слои на границе
ионообменная мембрана-раствор при высокоинтенсивных токовых режимах
4.1. Этапы формирования и развития диффузионных пограничных слоев 131 на различных стадиях поляризации электромембранной системы
4.2. Зависимость структуры и толщины диффузионного пограничного 142 слоя от плотности тока
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 15

Список обозначений и сокращений
Обозначения
Ь - расстояние между центрами интерференционных полос, м;
С - концентрация, моль-дм' ;
С0 - исходная концентрация раствора, моль-дм'3;
Б - коэффициент диффузии электролита, м2-с-1;
А - толщина мембраны; характерный размер области конвективной
неустойчивости м;
Г - частота, с'1;
/дискр - частота дискретизации, с'1;
к - межмембранное расстояние, м;
г - плотность тока, А-м' ;
Цт - предельная плотность тока, А-м'2;
/ - длина оптического пути, м;
п - число измерений; показатель преломления; тангенс угла
наклона;
Ап - разность показателя преломления;
Р([) - Фурье - спектр мощности;
Я - коэффициент корреляции градуировочных кривых;
универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж-моль'|-К'1;
8 - порядок интерференции (число смещенных интерференционных
полос);
Т - температура, град. Цельсия;
? - время, с;
V - линейная скорость протока раствора, м/с; объем раствора, м3;
У() - средняя скорость течения раствора, м/с;
у - расстояние от входа в мембранный канал, координата
трехмерного пространства, м;
Е - потенциал, В;
у - коэффициент чувствительности;
5, 5н ~ общая толщина диффузионного слоя и толщина диффузионного
слоя Нернста, м;
X - длина волны, нм;
р - плотность раствора, кг/м3;
Черта над символом означает принадлежность к фазе мембраны.

Методом лазерной интерферометрии установлена зависимость области конвективной нестабильности от внешних факторов [24]. С уменьшением скорости подачи раствора и его концентрации степень концентрационной поляризации, при которой происходило возникновение электроконвективной нестабильности, снижается (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Зависимость размера области конвективной неустойчивости в растворе на границе с катионообменной мембраной МК-40 от плотности тока при электродиализе раствора Co(NaCl) = 1,0-10'2 моль/дм3, межмембранном расстоянии Ь=1,5-10~3м, координате по направлению подачи раствора 1,1-10‘2м. Скорости подачи раствора, 10'4м/с : 2,8 (1); 12,6 ( 2); 26,2 (3) [24].
Прямые эксперименты по визуализации в электродиализной ячейке неравновесных электроосмотических вихрей, проводимые параллельно с регистрацией ВАХ в сверхпредельных токовых режимах, были реализованы
С. Рубинштейном и соавторами [97] (рис. 1.12). Для наблюдения за этими вихрями они использовали оптические индикаторы и прозрачную электродиализную ячейку. Мембрана была помещена горизонтально и
отделена от обратимого медного анода 0.005 М CuS04. Были созданы