Стабильность сильноосновных анионообменных мембран в условиях высокоинтенсивного электродиализа

• Автор: Чермит, Руслан Хизирович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Химическая, термическая и электрохимическая стабильность ионообменных мембран

1.2 Модифицирование ионообменных мембран

1.3. Механизм транспорта ионов электролитов через ионообменные мембраны при интенсивных токовых режимах

1.3.1. Диссоциация молекул воды на границе мембрана/раствор

1.3.2. Электроконвекция в системах с гетерогенными ионообменными мембранами

1.4. Особенности электромембранных процессов в растворах, содержащих органические ионы и амфолиты
Заключение по обзору литературы
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исследуемые мембраны и их кондиционирование
2.2. Измерение общих вольтамперных характеристик и чисел переноса ионов соли и продуктов диссоциации воды в ЭМС методом ВМД
2.3. Методика идентификации средне- и слабоосновных ионогенных групп в сильноосновных анионообменных мембранах
2.4. Методика получения сильноосновной поверхностно модифицированной анионообменной мембраны МА-41М
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРЯМОГО КОНТРОЛЯ ТОЛЩИН
ГИДРОЛИЗОВАННЫХ СЛОЕВ АНИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН И
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛАБООСНОВНЫХ АМИНОГРУПП В МЕМБРАНЕ.
4. РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННОЙ СИЛЬНООСНОВНОЙ
АНИОНООБМЕННОЙ МЕМБРАНЫ МА-41М
5. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И
ПОВЕРХНОСТНО МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИЛЬНООСНОВНЫХ
АНИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН В УСЛОВИЯХ
ВЫСОКОИНТЕНСИВНОГО ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА
5.1 Исследование электромассопереноса 14аС1 через анионообменные мембраны в условиях интенсивно протекающей реакции диссоциации воды методом ВМД
5.2 Изучение электрохимической стабильности сильноосновных анионообменных мембран в условиях протекания высоких плотностей электрического тока
5.3 Исследование электрохимической деструкции сильноосновных анионообменных мембран в условиях высокоинтенсивного электродиализа на электродиализном аппарате ЭД-
5.4 Математическая модель диссоциации воды в гетерогенной мембране, содержащей фиксированные третичные амины и четвертичные аммониевые основания
5.5 Исследование электрохимической стабильности поверхностно модифицированной сильноосновной анионообменной мембраны МА-41М
6. ОБМЕННАЯ СОРБЦИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ГЕТЕРОГЕННЫХ АНИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН В СМЕШАННЫХ РАСТВОРАХ ТАРТРАТОВ И ГИДРОТАРТРАТОВ КАЛИЯ
6.1 Обменная сорбция мембран в смешанных растворах тартратов и гидротартратов калия
6.2 Электропроводность анионообменных мембран в смешанных
растворах тартратов и гидротартратов калия
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
БГТМ - биполярная ионообменная мембрана;
ВАХ - вольтамперная характеристика;
ВМД — вращающийся мембранный диск;
ОПЗ - область пространственного заряда;
ЭМС - электромембранная система;
С0 - концентрация электролита в глубине раствора, моль/л; с, - концентрация ионов, молекул, моль/л;
Е— напряженность электрического поля, В/м;
Ет - максимальное значение напряженности электрического поля, В/м;
F-число Фарадея, 96485 Кл/моль;
Gre - число Гросгофа;
j, и /, — поток /-го сорта ионов в растворе и мембране соответственно, моль/с;
/-сила электрического тока, А;
I] - функция Бесселя мнимого аргумента 1-го порядка; i - плотность тока, А/м2;
С, - концентрация на межфазной границе мембрана/раствор, моль/л;
Ц - коэффициент диффузии ионов или молекул в растворе, м2/с;
J, - плотность потока /-го сорта ионов, моль/с-м2; к, - константа скорости химической реакции;
кт - константа скорости лимитирующей стадии в реакции диссоциации воды с участием ионогенных групп;
inp - плотность предельного тока, А/м2;
/0ц, Щ - парциальные плотности токов ионов ОБГ и Н+, А/м2; kv - суммарная эффективная константа скорости псевдомономолекулярной реакции диссоциации воды в биполярной области в отсутствии электрического поля, с“1;
Q - обменная ёмкость мембраны, мг-экв/г;

Использовав предположение С.Ф. Тимашева об экспоненциальной зависимости константы скорости диссоциации от напряженности поля, было получено следующее выражение для вольтамперной характеристики области пространственного заряда биполярной мембраны:
'н*,он- = к у — ЫтЕ т (з Б )) - ехрб-Е (0))] (17)
где кт = с(^20 + ^40) - суммарная эффективная константа скорости
псевдомономолекулярной реакции диссоциации воды в биполярной области в отсутствии электрического поля; б - диэлектрическая проницаемость ОПЗ, которую принимают равной диэлектрической проницаемости вакуума; у - слабо изменяющийся энтропийный фактор; Ет{щ) и Ет{0) - максимальные значения напряженности электрического поля на границе катионообменника и анионообменника, зависящие от перенапряжения биполярной области.
Из всего выше сказанного можно сделать вывод о том, что процесс диссоциации молекул воды на границе мембрана/раствор является одним из наиболее изученных эффектов концентрационной поляризации. Разработано несколько математических моделей, позволяющих моделировать и прогнозировать скорости генерации ионов водорода и гидроксила на границе мембрана/раствор и на границе контакта анионо- и катионообменного слоев биполярных мембран, имеется огромный экспериментальный материал и выведен ряд каталитической активности функциональных ионогенных групп мембран.
Таким образом, для исследования процесса диссоциации молекул воды на ионообменных мембранах необходимо принимать во внимание каталитическую активность ионогенных групп в условиях наложения электрического поля, а также -зависимость константы скорости реакции диссоциации воды от напряженности электрического поля в области пространственного заряда на границе мембрана/раствор, а также реакция рекомбинации ионов водорода и гидроксила в