Концентрационные поля и явления переноса в электромембранных системах

• Автор: Васильева, Вера Ивановна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 475 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
1. Теоретическое и экспериментальное исследование ивлений переноса в электрохимических системах обзор литературы.

1.1. Основные закономерности конвективнодиффузионного переноса

1.1.1. Теория конвективной диффузии

1.1.2. Концепция диффузионного пограничного слоя и ее развитие.

1.1.2.1. Понятие диффузионного слоя

1.1.2.2. Предельный диффузионный ток и толщина диффузионного пограничного слоя

1.1.2.3. Диффузионный пограничный слой с нарушенной электронсйтралыюстыо

1.1.2.4. Гетеролитическая реакция диссоциации воды и структура

диффузионного пограничного слоя

1.1.3. Эмпирические обобщения явлений тепло и массопереноса
1.2. Визуализация диффузионных процессов в гетерогенных системах
1.2.1. Концентрационные поля в электрохимических системах
1.2.2. Гидродинамические явления на межфазной границе
1.2.2.1. Визуализация течения
1.2.2.2. Гидродинамическая неустойчивость электрохимических систем.
2. Объекты и методы исследовании.
2.1. Ионообменные мембраны и методы исследования их характеристик
2.1.1. Равновесные характеристики мембран.
2.1.2. Методы исследования электрохимических характеристик ионообменных мембран
2.1.2.1. Вольтампсриые характеристики электромембранных систем.
2.1.2.2. Аналитический метод измерения чисел переноса ионов через ионообменную мембрану.
2.2. Локальнораспрсдслительный анализ растворов в мембранных системах методом лазерной интерферометрии.
2.2.1. Принципы локального анализа растворов методом одночастотной лазерной интерферометрии
2.2.2. Аналитические возможности и ограничения метода многочастотной лазерной интерферометрии
2.2.3. Метрологические характеристики лазерноинтерферомегрического локального анализа растворов.
2.2.4. Интерферометрический метод измерения локальных чисел переноса в растворах на границе с ионообменными мембранами
2.2.5. Методика комплексного изучения концентрационных полей и визуализации гидродинамического состояния межфазных границ, измерения электрохимических и температурных характеристик электромембранной системы
2.3. Спектроскопия шумов в электромембранных системах
2.4. Компонентный анализ растворов и ионообменников
3. Концентрационные поля в растворах на границе с ионообменными мембранами и верификация математических моделей электродиффузионного переноса
3.1. Концентрационное поле растворов при нестационарном электродиализе
3.2. Диффузионные пограничные слои при стационарном электродиффузионном переносе.
3.2.1. Концентрационные поля растворов при электродиализе со свободным межмембранным пространством в ламинарном гидродинамическом режиме
3.2.2. Концентрационные профили растворов электролитов разной природы на границе с ионообменными мембранами
3.2.3. Диффузионные пограничные слои при транспорте алифатических кислот в электромембранных системах.
3.3. Локальный массоперенос при электродиализе с ионообменными мембранами и ионопроводящими спейсерами.
3.3.1. Концентрационное распределение в канале электродиализатора с ионообменными мембранами и спейсерами в межмембранном пространстве
3.3.2. Локальные характеристики массопереноса числа Шервуда в канале с ионопроводящими спейсерами.
3.3.3. Влияние геометрических параметров спейсеров на массоперенос при электродиализе
3.4. Распределение концентраций в диффузионном пограничном слое
при стационарной электродиффузии тернарного электролита.
4. Диффузионные пограничные слои и предельное состояние электромембранных систем
4.1. Интерферометрический метод изучения предельного состояния на ионообменных мембранах
4.2. Особенности предельного состояния в электромембранных системах со слабыми электролитами
4.3. Диффузионные пограничные слои при электромиграции амфолитов через ионообменные мембраны.
4.4. Парциальные предельные диффузионные токи в системе раствор тернарного электролита ионообменная мембрана
4.5. Локальная скорость предельного диффузионного массопереноса в электромембранных системах
5. Явлении переноса в электромембранных системах при высокоинтенсивных токовых режимах.
5.1. Концентрационные и температурные поля при токах выше предельного диффузионного.
5.2. Диффузионные пограничные слои на границе ионообменная мембрана раствор при высокоиптенсивных токовых режимах электродиализа.
5.2.1. Диффузионные пограничные слои на различных этапах поляризации электромембранной системы.
5.2.2. Автоколебательный характер концентрационного поля электромембранной системы при высокоинтенсивных токовых режимах.
5.2.3. Влияние внешних факторов на образование и развитие вторичной конвекции на границе ионообменная мембранараствор
5.3. Колебательная неустойчивость стратифицированных электромем
бранных систем
6. Диффузия в ионообменных мембранах
6.1. Концентрационные поля в растворах при стационарной молекулярной диффузии через ионообменные мембраны
6.2. Коэффициенты молекулярной диффузии в селективных мембранах
оптический метод измерения и обсуждение результатов.
6.3. Сопряжнный мембранный транспорт.
6.3.1. Ускорение диффузии аминокислот в ионообменных мембранах.
6.3.2. Взаимное влияние аминокислоты и моносахарида при диффузии через сульфокатионообменную мембрану
6.3.3. Диализ смеси фенилаланина с минеральными компонентами.
Выводы
Список использованных источников


Х. Уртенов сделал вывод, что степень интенсификации массопереноса значительно зависит от характера распределения заряженных и незаряженных областей раствора, и оптимальными являются размеры примерно равные межмембранному расстоянию, которое обычно составляет 0,,0 3 м. Элсктроосмотичсская конвекция может возникать либо в бесиороговом режиме изза электрической и геометрической неоднородности мембраны, либо с наличием порога для мембран с гладкой и электрически однородной поверхностью. Рис. Возмущение потока жидкости в мембранном канале объмной электрической силой при 8, 2. В случае чередования областей раствора с пространственным зарядом и электронейтральных областей с шагом порядка межмембранного расстояния возмущнным является весь поток раствора в канале рис. Рис. Возмущение потока жидкости в мембранном канале объмной электрической силой, распределнной периодически вдоль координаты У, при Оге , Яе 2. Возможность частичного разрушения диффузионного слоя при протекании в мембранной системе высоких плотностей тока доказана методами электрохимических шумов , , 5, 2, 4, 5, 7, 4 и лазерной интерферометрии 6, 3. Проблема диссоциации молекул воды на границе мембранараствор при протекании через не электрического тока является одной из центральных в электрохимии мембран. С одной стороны, это связано с осложнениями, которые она создат на межфазной границе, а с другой стороны, с новыми возможностями для электрохимической технологии, которые открывает е использование 6. Явление диссоциации молекул воды в мембранных системах было обнаружено в году Бете ВегИе и Торопов ТогороЯ при пропускании электрического тока через желатиновые, пергаментные и коллодиевые мембраны 2. Генерация ионов Н и ОН на ионообменных мембранах была впервые зафиксирована Крессманом КгсБэтап и Таем Туе 5, а позднее этот эффект был подтвержден многими авторами , 0, 5, 6, 4, 5, 7, 4,7, 0. В ранних работах считалось, что перенос ионов Н и ОН , возникающих в результате диссоциации воды в примембранном слое раствора, обеспечивает наращивание величины тока при превышении предельного диффузионного тока, при этом предполагалось, что эта реакция протекает во всм объеме диффузионного слоя , 4, 7, 0, 5, 7, 4, 5, 4, 7. Вина, и диссоциация воды в нм происходит с малой скоростью по сравнению со скоростью в слое мембраны, прилегающем к диффузионному слою. Косвенно эти же выводы подтверждают результаты работы 5, в которой обнаружено, что реакционный слой, где протекает реакция диссоциации воды, расположен в области двойного электрического слоя, а не за его пределами в диффузионном слое. Ряд авторов полагал, что необходимым условием для начала генерации Н ОН ионов в мембранных системах является достижение нулевой концентрации электролита у поверхности мембраны , 8, 7. Однако в экспериментальных работах, выполненных с использованием методов хронопотенциометрии 5 и интерферометрии 4, 7, 1 было показано, что
эта реакция начинается при достижении значений Ю И0 мольдм . Было замечено, что для катионообменных мембран при токах, превышающих предельный в 1, раза, числа переноса ионов Н находятся в интервале от 4 5 до 0, , 1, 8, 4, 5, 6, 7, в то время как числа переноса ОН ионов через анионообменные мембраны достигают величин 0, 0,6 , , 1, 8, 4, 5, 6, 7, 9, 4. Частотно независимый белый шум, регистрируемый при протекании реакции диссоциации воды, в системе с катионообменной мембраной не наблюдается 4, по крайней мере, до трехкратного превышения предельного диффузионного тока. Зато он отчетливо обнаруживается на анионообменной мембране, причем линейное нарастание белого шума в допредельных токовых режимах сменяется лавинообразным нарастанием при превышении предельного диффузионного тока 8. В ранних работах при объяснении различия свойств катионо и анионообменных мембран по отношению к генерации I Г, ОЬГ ионов полагали, что при высоких плотностях тока интенсивный поток ионов электролита вызывает частичное разрушение диффузионного слоя и это разрушение более значительно за счет катионов, так как они более гидратированы, по сравнению с анионами.