Физико-химические аспекты использования анионообменных мембран в процессах очистки амфолитсодержащих (NaHCO3, NaH2PO4, KHC4H4O6) сточных вод

• Автор: Невакшенова, Екатерина Евгеньевна
• Шифр специальности: 03.02.08, 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Содержание
Содержание

Список сокращений и обозначений

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Амфолитсодержащие сточные воды и их воздействие на окружающую

среду

1.2 Традиционные способы извлечения фосфатов и других амфолитов из

сточных вод

1.3 Электромембранные и комбинированные методы извлечения

амфолитов из сточных вод и природных растворов

1.4 Понятие «амфолит» с позиций различных теорий
1.5 Механизмы переноса некоторых амфолитов в растворах
1.6 Транспортные характеристики ионообменные мембраны
1.6.1 Сильные электролиты
1.6.2 Транспортные характеристики ионообменных мембран в растворах амфолитов
2 Объекты и методы экспериментального исследования
2.1 Объекты исследования
2.1.1 Амфолиты
2.1.2 Мембраны
2.2 Методики определения равновесных и транспортных характеристик
исследуемой ионообменной мембраны
2.2.1 Определение полной статической обменной емкости
2.2.2 Методика изучения сорбционных характеристик ионообменных мембран
2.2.3 Измерение электропроводности мембран дифференциальным методом
2.2.4 Методики определения диффузионной проницаемости мембран
3 Влияние электропроводности промышленных анионообменных
мембран на эффективность электродиализного извлечения амфолитов из водных растворов
3.1 Сравнительный анализ поверхностного сопротивления промышленных анионообменных мембран в растворах ИаС1, КНТ, №НС03 и КаНгРСГ
3.2 Удельная электропроводность промышленных анионообменных
мембран

3.2.1 Концентрационные зависимости удельной электропроводности мембран в растворах NaCl
3.2.2 Концентрационные зависимости удельной электропроводности мембран в растворах амфолитов
3.3 Сравнение экспериментальных данных с теоретическими расчетами по
модифицированной микрогетерогенной модели
3.3.1 Модифицированная микрогетерогенная модель
3.3.2 Результаты расчётов по модифицированной микрогетерогенной модели
4 Диффузионная проницаемость анионообменных мембран в растворах
NaCl и амфолитов
4.1 Верификация нестационарной пятислойной модели диффузии электролита в мембранной системе
4.1.1 Нестационарная пятислойная модель диффузии электролита в мембранной системе
4.1.2 Экспериментальное определение параметров микрогетерогенной модели
4.1.3 Определение f,f2,D . Концентрационная зависимость удельной электропроводности мембран
4.1.4 Определение параметров KD,f2,f. Изотерма сорбции исследуемых мембран в растворе NaCl
4.1.5 Определение параметров Di, а . Концентрационные зависимости диффузионных характеристик мембран
4.2 Сравнение результатов экспериментального исследования процесса диффузии через мембрану с результатами расчетов по модели
4.3 Влияние на диффузионную проницаемость мембран физикохимической природы амфолита и концентрации раствора
5 Рекомендации по совершенствованию анионообменных мембран, предназначенных для использования в процессах очистки жидких сред от
амфолитов
Выводы
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б

Список сокращений и обозначений
Обозначения
а - ширина проточной камеры, м;
С; - концентрация ионов, моль дм'3;
с - концентрация, моль дм'3;
5 - толщина диффузионного слоя, м;
Б - коэффициент диффузии электролита в растворе, см2 / с;
Б - число Фарадея, 96490 А с/моль;
Ь - межмембранное расстояние, м;
1 - плотность тока, А/см2;
] - плотность потока ионов, моль/м2хс;
Ь - длина активной поверхности мембраны, м;
Р - коэффициент диффузионной проницаемости, см2/с;
Б - площадь активной поверхности мембраны, м2;
Ц - число переноса иона 1 в растворе;
V - средняя линейная скорость течения раствора, м/с;
№ - объемная скорость протока раствора, м3/с;
Ф - электрический потенциал, В;
X - толщина квазиравновесного пограничного электрического двойного слоя, м;
Индексы нижние 1 - ион;
ь - раствор;
т - мембрана;
Сокращения
АОМ - анионообменная мембрана;
ИОМ - ионообменная мембрана;
КОМ - катионообменная мембрана;
ЭД - электродиализатор

заряженных фиксированных групп с кластерами положительно заряженных аминогрупп протеинов. В работе [104] показано, локализованный у поверхности мембран сдвиг pH может приводить к приобретению протеином электрического заряда. В результате такие протеины сильнее связываются с заряженной поверхностью мембраны, увеличивая её гидрофобность, и этот новый механизм вносит заметный вклад в селективность мембран. Например, при низких значениях pH у отрицательно заряженной поверхности мембран имеет место протонирование глутаминов, которое приводит к приданию этой поверхности положительного заряда с одновременным увеличением её гидрофобности. Замещение в пептидах глутаминов на глутаматы приводит к устранению pH - зависимости связывания границы мембраны с протеинами, но снижает селективность анионообменных мембран как по отношению к пептидам, так и к энзимам. На рисунке 1.9 представлена схема влияния протонирования глутамата на селективность отрицательно заряженной поверхности мембраны по отношению к цитидилтрансферазе. Механизм этого влияния таков: pH у отрицательно заряженной (но не цвиттерионной!) поверхности мембраны ниже, чем в объёме раствора вследствие притягивания протонов этой негативно заряженной поверхностью. В результате вероятность протонирования глутаматов на этой поверхности возрастает. Это протонирование на межфазной границе ведёт к росту гидрофобности пептидов и устраняет электростатическое отталкивание, усиливая сродство мембраны к цитидилтрансферазе.
Таким образом, результаты известных нам исследований дают основания полагать, что электропроводность мембран в растворах амфолитов зависит не только от структуры мембран, но и от природы их фиксированных групп, а также от размеров амфолитов и их способности изменять зарядность в поровом растворе мембраны по сравнению с внешним раствором. Кроме того, не исключена физическая адсорбция или электростатическое взаимодействие амфолитов с заряженной поверхностью гелевой фазы мембраны, результатом которой станет изменение знака электрического заряда этой поверхности.