Химические и размерные особенности диффузии водных растворов неорганических солей в мембранах из пористого стекла

• Автор: Стромова, Екатерина Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.01, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Получение и строение пористых стекол.

1.2. Поверхностные свойства пористых стекол.

1.3. Строение и свойства воды в малых объемах.

1.4. Диффузия в водных растворах электролитов

1.5. Массоперенос в мембранах из пористого стекла

1.6. Состав водных растворов К2Сг7 и их мембранный транспорт

1.7. Анионные формы пятивалентного ванадия в водных растворах

Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1. Приготовление пористых стекол
2.2. Методика исследования диффузионного транспорта растворов
через ПС мембраны
2.3. Методы аналитических определений.
2.3.1. Определение катионов Со и Си .
2.3.2. Аналитический контроль диффузии растворов хлоридов щелочных металлов.
2.3.3. Фотометрическое определение ванадатного, хроматного и перманганатного анионов
Глава 3. Результаты эксперимента и их обсуждение
3.1. Диффузия СиС, СиЖз2 и СиБС в ПС мембранах.
3.2. Структурногеометрическая модель ограничения диффузии
в пористых стеклах.
3.3. Аналитическая форма зависимости коэффициента диффузии
от радиуса пор мембран.
3.4. Температурная зависимость диффузии СиС и СиБОд в мембранах
в интервале температур г С.
3.5. Особенности диффузии водных растворов дихромата калия
в мембранах из пористого стекла.
3.6. Мембранный транспорт водных растворов ванадата калия
в пористых стеклах
3.7. Сравнение диффузионной подвижности ванадата, дихромата и перманганата калия в ПСмембранах.
3.8. Диффузия водных растворов хлоридов щелочных металлов
в ПС мембранах
3.9. Ускорение диффузии водных растворов СоС в кремнеземных мембранах в присутствии хлоридов щелочных металлов
Выводы.
Список литературы


Таким образом, термическая обработка стекол указанных составов стимулирует процесс фазового разделения компонентов 17 ликвацию. Температура и продолжительность процесса определяют размер НБфазы, возрастающий в ходе медленно протекающей переконденсации ограниченного диффузией роста крупных НБобластей за счет исчезновения мелких движущей силой процесса переконденсации является сокращение поверхностной энергии. По завершении процедуры отжига получение ПС из непористых образцов лидировавших стекол заключается в их травлении кислотой 5. При этом оксиды натрия и бора переходят в раствор, а образовавшийся пористый продукт практически полностью состоит из кремнезема. Основные свойства оксида натрия и амфотерные свойства оксида бора приводят к почти полному их растворению, в то время как БЮ2 удаляется совместно с нестойкой фазой лишь частично 5. Что касается размеров каналов, образовавшихся на месте НБфазы, то они, как отмечено выше, зависят от температуры и длительности термической обработки. При обеспечении безградиентных условий отжига исходного НБС каналы ПС достаточно однородны по всему объему. С целью получения рядов ПС с эффективными радиусами пор, регулируемыми в широких пределах, после процедуры кислотного выщелачивания дополнительно используют щелочное травление ,. На первой стадии щелочной проработки ПС обычно в растворах ЫаОН осуществляется удаление вторичного кремнезема из пространства пор и, как следствие, увеличение их размера. Продолжение обработки щелочью сопровождается постепенным травлением стенок каналов ПС и позволяет существенно увеличить их поперечное сечение и общую величину объемной пористости ,. Таким образом, процесс получения пористых стекол с возрастающим радиусом каналов включает переход от массивного НБС, претерпевшего ликвацию, к микропористому, а затем мезопористому стеклу с последующим превращением его при необходимости в макропористое. В связи с бурным развитием нанотенденций в современном материаловедении следует отметить, что традиционная приставка микро, имеющая свое происхождение от практики адсорбционных исследований, на самом деле должна быть заменена на нано, поскольку речь, как правило, идет о значениях радиусов сквозных каналов ПС порядка нескольких единиц или десятков нанометров. Пористые стекла характеризуются губчатокорпускулярной структурой кремнеземного скелета остова. Сложившееся устойчивое мнение о цилиндрическом строении пор, пронизывающих частицу или тонкую пластинку ПС, основано на результатах обработки данных адсорбционных исследований, измерений газо и водопроницаемости 5. Так, например, в связи с увеличением разрешающей способности электронной микроскопии, применением атомносиловой микроскопии и других чувствительных методов, возникла возможность уверенного наблюдения грубой текстуры поверхности пластин ПС , что неудивительно, принимая во внимание особенности процедуры сквозного химического травления. При этом, однако, даже в случае высокого инструментального разрешения, позволяющего идентифицировать в стеклах Уусог поры с размером около 4 нм, уверенно судить об их форме не удается . Узкая функция распределения пор по радиусам, возможность их регулирования и определения с достаточно высокой точностью делает пористые стекла уникальными объектами для исследования разнообразных размерных явлений . Пористые стекла выдерживают температуру обработки до 0С 57 без существенного изменения пространственной структуры, могут подвергаться многократной регенерации при повышенной температуре, устойчивы к действию большинства кислот, могут быть химически модифицированы различными органическими и неорганическими реагентами благодаря присутствию на их поверхности гидроксильных групп. Развитие нанохимии и компьютерного моделирования привело за последние годы к значительному расширению областей использования пористых стекол . Так, представляется перспективным их применение в мембранном катализе , процессах разделения и очистки газов и жидкостей , разработке оптических сенсоров , люминофоров ,, фотохромных сред . Имеющиеся сведения о мембранном транспорте веществ в пористых стеклах рассмотрены ниже в разделе 1.