Исследование влияния морфологии и химического состава поверхности ионообменных мембран на механизм транспорта ионов методом вращающегося мембранного диска

• Автор: Бугаков, Вячеслав Васильевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 128 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПЕРЕНОС ИОНОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ

СИСТЕМАХ ПРИ СВЕРХПРЕДЕЛЪНЫХ ТОКОВЫХ РЕЖИМАХ

1.1. Сопряженные эффекты концентрационной поляризации.

1.2. Диссоциация воды на границе ионообменная мембранараствор.

1.3. Математическая модель электродиффузионного переноса ионов соли и продуктов диссоциации воды в трхслойной

электромембранной системе.

1.4. Метод вращающегося мембранного диска.

1.5. Влияние неоднородности поверхности ионообменных мембран на электродиффузионный перенос ионов соли
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. Описание конструкции установки с ВМД.
2.5. Проверка применимости метода.
3. ВЛИЯНИЕ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ МЕМБРАН НА МЕХАНИЗМ ПЕРЕНОСА ИОНОВ.
3.1. Формирование предельного состояния на гетерогенных анионообменных мембранах
3.2. Формирование предельного состояния на гетерогенных катионообменных мехмбранах
4. ЭЛЕКТРОМАССОПЕРЕНОС ЧЕРЕЗ ГОМОГЕННЫЕ И ПОВЕРХНОСТНО МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ГЕТЕРОГЕННЫЕ ИОНООБМЕННЫЕ МЕМБРАНЫ.
4.1. Исследование электромассопереноса ЫаС1 через катионообменные мембраны с гомогенной поверхностью в условиях жесткой концентрационной поляризации.
4.2. Расчт внутренних параметров ЭМС с гомогенными и поверхностно модифицированными гетероген игл ми мембранами.
5. ДИССОЦИАЦИЯ ВОДЫ НА АНИОНООБМЕПНЫХ МЕМБРАНАХ В УСЛОВИЯХ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ТОЛЩИНЫ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ
5.1. Исследование электромассопереноса ионов соли через гетерогенные анионообменные мембраны в условиях жесткой концентрационной поляризации.
5.2. Расчт внутренних параметров ЭМС, содержащих гетерогенные анионообменные мембрананы
6. ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНЫХ АППАРАТОВ
НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕННЫХ МЕМБРАН.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


Большое количество работ, выполненных В. М. Волгиным, А. Д. Давыдовым, С. С. Духиным, В. И. Заболоцким, . Мищук, В. В. Никоненко, Н. Д. Письмснской, И. Рубинштейном, . М.Х. Уртеновым, О. В. Бобрешовой, С. Ф. Тимашевым, Ю. И. Харкацем, В. А. Шагюшником, Н. В. Шельдешовым, позволило достичь значительных успехов в понимании природы сопряженных эффектов концентрационной поляризации. Однако проведение исследований в этом направлении в значительной степени осложнено влиянием гидродинамической обстановки изменением толщины диффузионного слоя по продольной координате мембраны, а также влиянием смежных мембран в изучаемой электродиализной ячейке. Целью работы являлось исследование методом вращающегося мембранного диска закономерностей транспорта ионов соли и продуктов диссоциации воды, а также явлений, возникающих на границе мембранараствор, в элсктромембранных системах ЭМС, содержащих мембраны с различным составом и строением поверхностного слоя. Методом вращающегося мембранного диска измерить общие и парциальные по ионам соли и продуктам диссоциации воды вольтамперные характеристики ВАХ катионообменных мембран МФ4СК и МК с гомогенизированной поверхностью и анионообменных мембран МА, МА, АМНРЕ8 и МА, модифицированную сильным полиэлектролитным комплексом, в растворах ХтаС1. Провести сопоставление значений предельных токов для всех исследованных систем со значениями, рассчитанными по гидродинамической теории Левина. Исследовать влияние гетерогенности поверхности мембран на электродиффузионный перенос ионов электролита. Определить влияние состава и строения поверхностного слоя мембран на их каталитическую активность по отношению к реакции диссоциации воды. Определить вклады различных эффектов концентрационной поляризации в общий массоперепос соли и ионов Н и ОРТ для указанных мембран и качественно предсказать характеристики электроднаяизных аппаратов, собранных на их основе. Исследовать механизм диссоциации воды на поверхности модифицированных катионо и анионообменных мембран. Установить различия в электрохимическом поведении изученных мембран. Научна1 новизна. Впервые методом вращающегося мембранного диска синхронно были изучены поляризационные и массообменные характеристики различных гомогенных, гетерогенных и поверхностно модифицированных ионообменных мембран. Определено влияние структуры и состава поверхности мембран на массоперенос ионов соли и сопряжнные эффекты концентрационной поляризации для различных катионо и анионообменных мембран. Предложена количественная модель, описывающая механизм формирования предельного состояния на гетерогенных мембранах, учитывающая электрически неоднородное строение их поверхности. Последний подход был использован при получении модифицированной пленкой жидкого Ыабоп мембраны МК. Парциальные токи по ионам соли модифицированной МКМ и исходной мембраны МК при значении толщины диффузионного слоя 5 мкм практически одинаковы. Практическая значимость. Одним из основных недостатков гетерогенных мембран отечественного производства является низкая доля их активной ионпроводящей поверхности фаза ионита, что значительно снижает массоперенос ионов соли по сравнению с рассчитанным по формуле Пирса. Предложен способ теоретического расчта предельного тока для гетерогенных мембран. Установлено, что при значении доли активной поверхности более 0,6 и эффективном радиусе проводящих участков Я менее 5 мкм гетерогенные мембраны по свойствам приближаются к гомогенным. Увеличение степени дисперсности исходных компонентов мембран и совершенствование условий прессования при получении промышленных гетерогенных мембран позволит значительно улучшить их массообменные характеристики. Полученные в данной работе характеристики мембран были занесены в базу данных по свойствам ионообменных материалов компьютерной экспертной системы Электродиализменеджср. Предложенная методика оценки разбаланса на входе и выходе камер обессоливания электродиализатора с различными катионо и анионообменными мембранами была передана ООО Инновационное предприятие Мембранная технология.