Ионообменное равновесие между микронеоднородной перфторполимерной сульфонатной мембраной и водно-солевым раствором

• Автор: Ширяева, Ирина Михайловна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Строение и свойства нерфториолимерных сульфонатных мембран

1.1.Применение и экспериментальное изучение мембран

1.1.1.Применени е.

1.1.2.Структур а.

1.1.3.Электрохимические свойства.

1.1 АИонообменные свойства.

1.2. Теоретическое описание мембран.

1.2.1 .Транспортные модели.,..

1.2.2.Равновесное распределение ионов

Глава 2. Методики экспериментального изучения нерфториолимерных сульфонатных мембран .
2.1.Получение мембран и определение их основных характеристик.
2.1.1.Гидролиз исходного перфторполимерного материала
2.1.2.Водопоглощени е.
2.1.3.Предельная обменная емкость
2.1.4.Электропроводпость.
2.1.5.Рентгенофазовый анализ.
2.2.Исследование ионообменного равновесия.
2.2.1 .Изотермы обмена ионов.
2.2.2.Сорбция ионов Ре3.
2.2.3.Ионообменное равновесие при высоких температурах.
2.3.И редвари гельнаи обработка мембран.
2.3.1 .Модифицирование грибутилфосфатом
2.3.2 .Терми ческая обработка
Глава 3. Результаты экспериментального изучения ионообменного
равновесия .
3.1.Основные характеристики изученных мембран.
3.2.Гистсрезис на изотермах обмена ионов для свеже идролизованных мембран.
3.3.Влияние предварительной обработки на ионообменые свойства мембран.
3.4.Изотермы обмена ионов при различных температу рах.
Глава 4. Термодинамическое моделирование ионообменного равновесия микронеоднородной мембраны с раствором
4.1.Модельное представление мембраны
4.2.Условис равновесия мембраны с внешним раствором
4.3.Мегодика проведения расчетов.
4.4.Внутреинее равновесие мембраны.
4.5.Сопоставление рассчитанных по модели и экспериментальных изотерм обмена конов.
Заключение
Литература


Проведенные исследования биосовместимости ПФСМ позволяют предположить, что на основе этих мембран могут быть созданы биосенсорыимплантанты, работающие в условиях функционирования живых организмов . Очевидно, что области применения ПФСМ непрерывно расширяются. В связи с этим проводится большая исследовательская работа, направленная на изучение их функциональных свойств, установление взаимосвязи между различными характеристиками с целью оптимизации существующих технологий и поиска новых возможностей применения. В настоящее время в литературе существует большое количество публикаций, посвященных исследованию ПФСМ. При этом наиболее изученными оказываются транспортные характеристики и процессы массоперсноса через мембраны, что связано с их основным использованием в области электрохимии. ПФСМ принадлежат к классу материалов, называемых мономерами 5, характерная особенность которых состоит в том, что они не являются поперечно сшитыми полиэлсктролитами. Одним из наиболее важных свойств ионообменных материалов является способность к набуханию в воде, обусловленная присутсвием ионогенных гидрофильных групп в полимерной матрице. ПФСМ, не содержащих связывающего агента, обусловлено присутствием кристаллических областей в полимерной матрице, которые действуют как химические поперечные связи рис. С помощью рентгенографического метода при больших углах дифракции установлено 3, что ПФСМ обладают аморфнокристаллической структурой с небольшим содержанием микрокристаллитов 38 об. Согласно предположениям авторов цитируемой работы 3, в ПФСМ, являющихся сополимерами тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира, звенья второго компонента располагаются на границах кристаллических областей и в аморфной фазе, создавая напряжения, искажающие кристаллическую решетку. Рисунок 1. Схематичное представление структуры мономеров 5. Трехфазная модель ПФСМ . Присутсвие ионных групп в полимерной матрице приводит к существенному изменению свойств мембран по сравнению с исходным линейным полимером происходит значительное изменение модулей эластичности, температуры стеклования и способности к переносу различных веществ через мембрану ,8. В основном эти изменения связаны с образованием в ионообменных мембранах структуры с фазовым разделением на ионные и полимерные области, существование которых обнаружено с помощью различных спектральных методов 9,. Кластеры соединены между собой узкими каналами, по которым осуществляется транспорт ионов и молекул воды рис. Подобная структурная организация может быть рассмотрена как обратномицеллярная, в которой згруппы находятся на границе полимерная матрица сферический водный кластер. Сферическая форма кластеров согласуется с данными малоуглового рентгеновского рассеяния. Оцененные на основе экспериментальных данных спектральных и данных о водопоглощепии и коэффициенте диффузии воды через ПФСМ размеры кластеров и каналов для мембран в Рформе с различным эквивалентным весом масса сухой мембраны на 1 гэкв функциональных групп представлены в таблице 1. Рисунок 1. Кластерноканальная структура Поп 9. Исследование образцов мембран при различной степени набухания с помощью малоуглового нейтронного рассеяния позволило оценить количество фиксированных ионов в кластере. Установлено, что в процессе набухания от 6 до об. Д2. Рисунок 1. Схематичное представление кластера 5. Таблица 1. Размеры кластеров и каналов в мембранах НаВоп Нформа с различным эквивалентным весом 9. Эквивалентный вес, ггэкв Диаметр кластера, А Диаметр канала, А
. Совместное рассмотрение результатов нейтронного и рентгеновского рассеяния при малых углах дифракции позволило обнаружить существование в мембранах более чем двух фаз и предложить трехфазную модель для описания структуры мембраны . В ее основе лежит представление о кристаллической, ионнокластерной и промежуточной ионной, с низким содержанием ионов, фазах рис. А средний размер кластера равен А. В последние годы были развиты методы изучения структуры ПФСМ с помощью ядерного магнитного ЯМР, электронного парамагнитного ЭПР и двойного ядерного резонанса . Установлено , что набухшие в воде ПФСМ обладают обратномицеллярной структурой.