Электромембранные системы с поверхностно-активными органическими веществами

• Автор: Кононенко, Наталья Анатольевна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 300 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЛЕКТЮМЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ И ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН

1.1. Мембранное материаловедение и подходы к характеризации синтетических заряженных мембран.
1.2. Учет неоднородности мембран с помощью концентрационных зависимостей электродиффузионных коэффициентов.
1.3. Модельный подход и транспортные уравнения для описания электродиффузионного поведения электромембранных систем

1.4. Транспортноструктурные параметры для характеризации ионообменных мембран.

1.5. Экспериментальная проверка и применение модельного подхода .

1.5.1. Объекты исследования

1.5.2. Экспериментальные методы исследования.

1.5.3. Выбор условий химического кондиционирования образцов

1.5.4. Анализ транспортноструктурных параметров промышленных и лабораторных образцов ионообменных мембран.
2. ЭФФЕКТЫ РЕОРГАНИЗАЦИИ ВОДЫ В СТРУКТУРЕ МЕМБРАН ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ИОНАМИ
2.1. Особенности взаимодействия ионообменных мембран с ПАОВ в
равновесных условиях
2.2. Структурная организация ионообменных мембран на основе углеводородной и перфорированной матрицы.
2.3. Метод эталонной порометрии для исследования структурных характеристик ионообменных материалов
2.4. Влияние органических ионов на распределение воды в
электро диализных и перфорированных мембранах .

3. ЗЛЕКТРОКШЕТИЧЕСКИЕ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ СИСТЕМАХ С ПОВЕРХНОСТНОАКТИВНЫМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ.
3.1. Электропроводность мембран в зависимости от степени насыщения органическими ионами
3.2. Перколяционные явления при насыщении мембран органическими ионами
3.3. Влияние ионов тетраалкиламмониия на электротранспорт воды .
3.4. Особенности концентрациошой поляризации в присутствии ПАОВ .
4. МОДЕЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ЭЛЕКТРОМАССОПЕРЕНОСА В МЕМБРАННЫХ СИСТЕМАХ С
ОРТ АНИЧЕСКИМИ КОМПОНЕНТАМИ
4.1. Модель ионообменной мембраны с органическими противоионами
и влияние ПАОВ на транспортноструктурные параметры мембран
4.2. Модельное описание эффектов асимметрии транспортных свойств при взаимодействии ионообменных мембран с Г1АОВ.
4.3. Математическая модель четырехслойной мембранной системы для описания изменения предельного тока в присутствии ПАОВ
5. ТЕСТИРОВАНИЕ МЕМБРАН ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА РАСТВОРОВ С ОРГАНИЧЕСКИМИ КОМПОНЕНТАМИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОЮВ.
5.1. Влияние природы и концентрации органических компонентов на кинетические характеристики процесса
5.2. Тестирование мембран после электродиализа модельных растворов
с добавками ПАОВ, хранения и стерилизации
5.3. Применение мембранной вольтамперометрии для идентификации ПАОВ и электромембранная переработка растворов гальванических производств.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Если ограничиться рассмотрением одномерного потока вдоль гранспортной оси х в мембранной системе и предположить, что мембрана находится в изотермических условиях без наложения давления, го можно записать фундаментальное уравнение НернстаПланка для потока Д, вызываемого градиентом электрохимического потенциала в обобщенной форме
Феноменологические коэффициенты Ь по существу являются электродиффузионной характеристикой подвижности иона в гомогенной среде. В работах 9, 5, 7 в рамках неравновесной термодинамики выполнен теоретический анализ ряда известных уравнений переноса КедемКачальского, Онзагера, НернстаПланка и показано, что перечисленные системы уравнений являются математически эквивалентными и простой заменой переменных можно перейти от одной системы к другой. Подход термодинамики неравновесных процессов был использован в работе 7 для того, чтобы установить взаимосвязь между такими транспортными свойствами мембраны, как объемный поток жидкости и электрический ток, которые вызываются осмотическим, гидростатическим давлением и градиентом электрического потенциала. Многочисленные исследования транспортных свойств разных мембранных материалов в зависимости от концентрации равновесных солевых растворов показали, что именно характер этих зависимостей отражает степень неоднородности структуры мембран , , , , , 9, 9, 8. Полученные результаты позволили ввести в уравнения НернстаПланка фе
номенологические коэффициенты ,, как функции, зависящие от концентрации раствора. Уравнения не изменили свою математическую форму, но Ькоэффициенты приобрели новый физический смысл, как удельные характеристики электродиффузионного переноса компонента через структурнонеоднородную среду ионоселективной мембраны. Х А р
в,ГА, аус. Эта система уравнений дополнена соотношениями 7 и 8, позволяющими учесть также перенос растворителя в составе гидратных оболочек движущихся ионов. Нсидеальностъ раствора электролита учитывается традиционно уравнением 9 для активностей индивидуальных ионов. В этих уравнениях у, у. Ь с и С . А. динамические числа гидратации ионов в мембране, т. Учет структурных особенностей материала обеспечивается представлением коэффициентов в виде функций, зависящих от концентраций. Параметры А, а, В, Ь, являющиеся константами для конкретной мембранной системы, зависят только от морфологии мембраны и природы раствора. Выражения для электродиффузионных коэффициентов имеют вид
1. Вс
И
ВЫг
ь

где толщина мембраны. Р 7. Л4ВР С. Р
где С некоторая концентрация раствора в интервале от 0 до с су с2. МК и МА представлены на рис. Результаты, представленные на рис. С и с2 соответственно. Для расчета использовались значения параметров Л, В, а и Ьу приведенные в табл. Значения коэффициентов диффузии ионов составлялиД 1, м2с и Оса 1, 9м2с 1. Из рис. Ь и коионов Л отличаются на 5 порядков, а в концентрированных растворах становятся практически одинаковыми. Рисунок 2 Зависимость основных параметров мембраны МК от концентрации раствора ЫаС1 1 кт 2 Р 3 4 Ь 5 Л. Толщина мембраны 0,4 см. Поэтому данную концентрацию следует считать предельной при выполнении экспериментов с целью нахождения параметров А, В, а и Ь. Селективность мембраны остается достаточно высокой до 0,5 М раствора и лишь при более высоких концентрациях число переноса противоионов резко уменьшается. На рис. З изображен концентрационный профиль в мембране МА, который в отсутствие тока имеет вогнутый характер в связи с тем, что для этой мембраны Ь 1. По мере увеличения тока концентрационный профиль выпрямляется, затем становится выпуклым и в пределе стремится к прямоугольной форме. При изменении направления тока характер профиля становится еще более вогнутым. В качестве одного из переменных факторов может выступать толщина мембраны. Из рис. МК и МА различный. Увеличение вдвое одного из параметров , С, с или В при сохранении остальных постоянными приводит к возрастанию 1р для мембраны любой толщины по сравнению с исходной мембраной МК рис. Снижение 1пр наблюдается лишь в случае увеличения параметра Ь от 1, до
Расчет выхода по току показал, что независимо от толщины мембраны, величина г с увеличением силы тока в системе возрастает до некоторого предела, который определяется числом переноса противоионов в растворю 1 . Это иллюстрирует рис. МК, но разную толщину.