Гидратация и ионный транспорт в катионообменных мембранах по данным ЯМР

• Автор: Павлов, Анатолий Ариевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Оглавление
Введение.

1. Обзор литературы.

1.1.Структура и физикохимические свойства ионообменных

мембран.

1.2.Гидратация ионов и ионогенных групп.

1.3.Транспорт молекул воды и катионов металлов в ионообменных мембранах.

1.4.Получение ионообменных мембран.

1.5.Ионообменные мембраны, используемые в настоящее время.

2. Объекты исследований и методика эксперимента

2.1. Объекты исследования 3

2.2. Методы исследований
3. Особенности гидратации катионов в исследуемых электролитах.
3.1. Перфорированные мембраны
3.2.Мембраны на основе поливинилового спирта и
фенол сульфокислоты
3.3. Ароматические сульфосодержащие полиамиды и мембраны на их основе
4. Процессы самодиффузии молекул воды и ионов щелочных металлов в исследуемых системах.
4.1 .Перфорированные мембраны
4.2.Мембраны на основе поливинилового спирта и
фенолсульфокислоты
4.3.Ароматические сульфосодержащие полиамиды и мембраны на их основе
Выводы.
Список использованной литературы


Ионные проводимости, рассчитанные по коэффициентам самодиффузии воды всего лишь в несколько раз выше экспериментальных, что свидетельствует о корреляции трансляционных перемещений воды и гидратированных катионов. Обзор литературы. Структура и физикохимические свойства ионообменных мембран. Ионообменные мембраны ионоселективные, ионопроводящие, ионитовые мембраны пленки или пластины, изготовленные из ионообменных полимеров или композиций на их основе. При необходимости мембраны ионообменные упрочняют армируют синтетическими тканями, сетками и неткаными материалами. По структуре различают следующие типы ионообменных мембран гомогенные, состоящие из ионообменных полимеров гетерогенные, содержащие смеси ионообменного полимера по массе и пленкообразующего полимера полиэтилена, полипропилена, ПВХ или др. Интерпол и мерные, состоящие из смеси ионообменного по массе и пленкообразующего полимеров эти мембраны по свойствам и способу получения близки к гомогенным, но не имеют химических связей между составляющими их полимерами 13. По знаку заряда возникает на мембранах ионообменных в. Помимополимерных ионообменных мембран, ионообменные мембраны также могут быть получены из неорганических материалов, таких как цеолиты, фосфатные соли 68. Однако эти мембраны менее важны изза их высокой стоимости и других недостатков, таких как относительно плохие электрохимические свойства большой размер пор, хотя они могут быть использованы, при более высоких температурах, чем органические. Катионообменная мембрана представляет собой пленку из полимера, сочетающего гидрофобную основную цепь и боковые цепи, содержащие кислотные группы гидрофильная часть. При наличии воды в полимере она локализуется вблизи кислотных групп . В этой области кроме воды содержатся различные гидратированные формы ионов, которые свободно перемещаются. Таким образом, гидрофильная часть полимера обеспечивает эффективный ионный транспорт, в то время как гидрофобная часть стабилизирует морфологию мембран, обеспечивая их механическую прочность . Гидрофобная часть полимера содержит обычно алифатические, ароматические фторированные или нефторированные фрагменты. В качестве кислотных групп, генерирующих протоны, чаще всего используют сульфогруппы , реже кислотные остатки фосфорной кислоты или карбоксильные группы , . Считается, что сульфированные полимеры эффективнее работают в присутствии водяных паров в окружающей их атмосфере, в то время как фосфорштированные полимеры более термостойки и их проводимость меньше зависит от влажности . К ионообменным мембранам предъявляют следующие требования высокая селективность, низкое электрическое сопротивление, высокая механическая прочность, относительное удлинение в определенных пределах, высокая химическая стойкость, низкая стоимость, стабильность свойств при эксплуатации. Гидратация ионов и ионогенных групп. Состояние и диффузионная подвижность воды, связанной с катионами и ионогенными группам, являются факторами, определяющими перенос ионов в ионообменных мембранах. Молекулы воды группируются в мембране главным образом около ионогенных групп, так что процесс агрегации молекул воды определяется типом катионов и взаимодействием катион ионогенная группа. Обычно считают, что влияние гидрофобной матрицы полимера на состояние молекул воды несущественно. Однако взаимодействия гидрофобных фрагментов ионообменного полимера с молекулами воды могут обусловливать появление новых характерных состояний воды в мембране, влияющих на кинетику ионных перескоков между смежными функциональными 1руппами. Наибольшее влияние на подвижность ионов и избирательность переноса проявляется в области влагосодержаний пк0 где п число молекул воды, приходящихся на функциональную группу, ко число гидратации катиона максимальное количество молекул воды в первой гидратной оболочке . Известно , что определяющую роль при переносе ионов через ионообменные мембраны играет вода, гидратирующая различные фрагменты матрицы и переносимые противоионы. Особый интерес представляет случай малого влагосодержания мембран, когда в наибольшей мере проявляются различия в переносе через мембрану ионов разного типа.