Перенос ионов в электромембранных системах с водными растворами хитозана и лизина

• Автор: Бобылкина, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

М.Хитозан и его физикохимические свойства

1.2. Вязкость и электропроводность растворов электролитов.

1.2.1. Электропроводность растворов иолиэлектролитов.

1.2.2. Электропроводность растворов аминокислот

1.2.3. Энергия активации вязкого течения и электропроводности растворов.

1.3. Равновесие на границе ионообменная мембранараствор электролита. Потенциал Доннана

1.4. Процессы элсктромассонереноса в элсктромсмбранных системах

в присутствии полиэлектролита.

1.5. Метод вращающегося мембранного диска в исследовании элсктромсмбранных систем с органическими веществами.
ВЫВОДЫ ПО ОБЗОРУ ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ.
Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Физикохимические свойства лизина
2.2. Иизкомолекулярный водорастворимый хитозан
2.3. Ионообменные мембраны
2.4. Подготовка растворов и мембран к работе
2.5. Физикохимические свойства растворов.
2.6. Определение разности потенциалов на границе мембранараствор .
2.7. Вольтампсро.мстрпческое исследование электромембранных систем на установке с вращающимся мембранным диском.
2.8. Электродиализная деминерализация растворов хитозана
2.9. Статистические методы обработки результатов эксперимента
Глава 3. ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА ВОДНЫХ РАСТВОРОВ МОНОГИДРОХЛОРИДА ЛИЗИНА И ХЛОРИДА
ХИТОЗАНА
ЗЛ. Электропроводность и вязкость концентрированных растворов монопшрохлорида лпзина
3.2. Проводимость и вязкость водных растворов низкомолекулярного хитозана
3.3. Коэффициент диффузии поликатиона хитозана в водном растворе
Глава 4. МЕЖФАЗНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ В ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ СИСТЕМАХ С КАТИОНООБМЕННЫМИ МЕМБРАНАМИ И РАСТВОРАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ХИТОЗАН
4.1. Межфазная разность потенциалов в электромсмбраииых системах с растворами хлорида натрия и хлорида хитозана.
4.2. Разность потенциалов на границе мембраны МК в растворе соляной кислоты с добавлением хитозана
4.3. Разность потенциалов на границе мембраны МК в растворе ЬуБНС ХтС.
Глава 5. ТРАНСПОРТ ИОНОВ В СИСТЕМАХ С ВРАЩАЮЩИМСЯ МЕМБРАННЫМ ДИСКОМ И СМЕШАННЫМИ РАСТВОРАМИ ХЛОРИД НАТРИЯ ХЛОРИД ХИТОЗАНА
5.1. Физикохимические свойства смешанных растворов хлорида натрия и хлорида хитозана
5.2. Предельные плотности тока в системе катионообменная мембрана раствор ЫаС1ХтС1.
5.3. Влияние реакции депротонирования катиона хитозана па перенос
ионов через границу мембрана раствор
Глава 6. ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИЯ РАСТВОРОВ
ПИЗКОМОЛЕКУЛЯРИОГО ХИТОЗАНА
6.1. ЭлектроднаяИ шя установка для деминерализации растворов хитозана
6.2. Изменение свойств раствора в процессе элсктродиализиой деминерализации.
ЛИТЕРАТУРА

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Латинские символы а активность ионов
коэффициент диффузии 1го иона в растворе, см с плотность тока, мЛсм2 пр предельная плотность тока, мЛсм2 п скорость вращения мембранного диска, обмин п число ионов
С молярная концентрация раствора, мольл Б число Фарадея, 5 Клмоль М молярная масса вещества, гмоль рЗ изоэлектрическая точка аминокислоты число переноса Гго иона в растворе Т абсолютная температура, К
Б.универсальная газовая постоянная, 8,4 Джмоль1К
Я электрическое сопротивление, Ом г коэффициент корреляции Я2 коэффициент детерминации
ДК0 изменение сопротивления электромембранной системы переменному току при ее поляризации постоянным током, Ом У влагосодержанис, г НгОг сухой мембраны 7, заряд 1го иона
Греческие символы 5 толщина нернстовского диффузионного слоя, см 5Ртолщина реакционного слоя, Л Лр разность потенциалов, мВ г динамическая вязкость раствора, мПас
г характеристическая вязкость раствора, лг V кинематическая вязкость раствора, см2с адоля свободных противоионов X удельная электропроводность раствора, Ом1см1 X молярная электропроводность раствора, Омсм2моль1 т время, с
Верхние индексы X удельная электропроводность X молярная электропроводность
Нижние индексы аактивация О доннановский 6 диффузионный у ион Хтхнтозан
рр величина, относящаяся к раствору О величина, относящаяся к растворителю св свободный ПЭ полиэлектролит ПР противоион ПИ полиион
Аббревиатуры ВАХ вольтамперная характеристика ДВАХ дифференциальная вольтамперная характеристика ВДЭ вращающийся дисковый электрод ВМД вращающийся мембранный диск
ММ молекулярная масса СД степень дезацетил провал ия ЭМС электромембран пая система ЭДС электродвижущая сила А.е.м. атомная единица массы
КДа единица молекулярной массы полимера, 1 кДа гмоль ПМАК полимстакриловая кислота
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Работа поддержана Федеральным агентством по образованию грант Л 2. Цель работы. Установление закономерностей переноса ионов в элсктромсмбранных системах с катионообменными мембранами и водными растворами моногидрохлорида лизина и хлорида хнтозана. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи. Установление механизма электропроводности в концентрированных растворах моногидрохлорида лизина и растворах хлорида хитозана на основе коидуктометричсского и вискозиметрического исследования этих растворов. Выявление закономерностей взаимодействия полииона хитозана с мембраной в равновесных условиях путем исследования разности потенциалов на границе катионообменная мембрана раствор хитозана. Оптимизация элсктродиализной деминерализации раствора низкомолекулярного хитозана. Научная новизна. На основе результатов коидуктометричсского и вискозиметрического исследования сделано предположение, что при концентрациях ниже 1,5 мольл электропроводность растворов мопогидрохлорида лизина в основном определяется переносом ионов лизина и хлора по гидродинамическому механизму. Предложен механизм электропроводности растворов хлорида хитозана, согласно которому основными переносчиками тока в растворах с концентрацией до 0,5 мольэквл являются хлоридионы, частично ассоциированные с поликатионами хитозана. Степень ассоциации хлоридионов охарактеризована величиной прогивоионного связывания, которое увеличивается с ростом молекулярной массы хитозана. Проведена оценка межфазной разности потенциалов в системах с катионообменными мембранами с различной структурой и состоянием поверхности гомогенные МФ4СК и МК0, гетерогенная МК и растворами, содержащими хптозан, в равновесных условиях. Предложена модель, по которой основным типом взаимодействия поликатиона хитозана с полианионом матрицы мембраны в смешанных растворах хлорид натрия хлорид хитозана является электростатическое притяжение, приводящее к снижению разности потенциалов с ростом содержания хитозана в растворе. Показано, что в растворах соляная кислота хлорид хитозана определяющее влияние на величину межфазной разности потенциалов на границе мембраны МК оказывает концентрация ионов водорода в растворе. Уменьшение содержания их с ростом концентрации хитозана за счет связывания с неионизированными звеньями поликатпона хитозана приводит к росту разности потенциалов на границе мембрана раствор. ЬузНС1ХтС1 с ростом содержания хитозана в растворе, находящемся в равновесии с мембраной. На этой основе сделано предположение о повышенной сорбции хитозана в порах мембраны, вызванной дегидратацией ионообменного материала, насыщенного катионами лизина, и возрастанием доли крупных пор, в которые входит равновесный раствор. В результате сорбции высокозарядных катионов хитозана мембрана частично приобретает анионообменные свойства. Выявлены особенности электромассопереноса в системах МФ4СКЫаС1ХтС1, МК0ЫаС1ХтС1, МКЫаС1ХтС1 на основе проведенного вольтампсромстричсского исследования. Величина предельной плотности тока в данных системах определяется, в основном, переносом ионов натрия в диффузионном слое. Увеличение предельной плотности тока в электромембранных системах с растворами, содержащими хитозан, связывается с протеканием гомогенной реакции депротонирования катиона хитозана в предельных условиях вблизи поверхности мембрана раствор. Проведена оценка константы скорости данной реакции и толщины реакционного слоя для гомогенной перфорированной мембраны МФ4СК. Практическая значимость работы. Результаты исследования вязкости и электропроводности растворов моногидрохлорида лизина могут быть использованы при усовершенствовании методов элсктродналнзного концентрирования растворов лизина. Определены условия, при которых снижается вероятность осадкообразования на мембранах при элсктродиализной деминерализации растворов хитозана. Предложена схема электродиализа и метод контроля предельного состояния. Проведена деминерализация растворов хлорида хитозана в допредельных условиях, в результате которой получен хорошо растворимый продукт.