Физико-химические и транспортные характеристики профилированных ионообменных мембран для интенсивного электродиализа

• Автор: Лоза, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 175 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 Физикохимические основы электрод наличного обессоливай и я

1.1 Электродиализ разбавленных растворов и природных вод.

1.1.1 Диффузионный слой и концентрационная поляризация мембран в мягких роковых режимах.

1.1.2 Транспорт ионов через мембраны при интенсивных токовых режимах

1.2 Способы интенсификации электродиализа разбавленных растворов.

1.2.1 Уменьшение межмембранного расстояния и применение сепараторовгурбулизаторов.

1.2.2 Введение ионообменного наполнителя.

1.2.3 Профилирование ионообменных мембран

1.2.4 Химическое модифицирование поверхности мембран.

1.3 Физикохимические и транспортные характеристики ионообменных мембран

1.4 Зависимость физикохимических свойств полимеров от температуры
2 Исследование комплекса физикохимических и электротранспортных характеристик профилированных ионообменных мембран.
2.1 Объекты исследования.
2.2 Методика профилирования гетерогенных ионообменных мембран
2.3 Методы исследования ионообменных мембран.
2.3.1 Измерение механических характеристик.
2.3.2 Определение влагомкости и набухаемости
2.3.3 Определение обменной мкости.
2.3.4 Методика определения удельной электропроводности.
2.3.5 Определение диффузионной проницаемости ионообменных мембран
2.3.6 Исследование геометрии поверхности профилированных мембран .
2.4 Зависимость геометрии поверхности мембран от условий их прессования
2.5 Физикомеханические характеристики мембран.
2.6 Равновесные и структурные свойства мембран.
2.7 Электротранспортные свойства.
3 Разработка способа получения профилированных мембран с улучшенным набором физикохимических и электротранспортных свойств
3.1. Отработка условий для прессования мембран в набухшем состоянии
3.2 Сравнительные характеристики геометрии профиля мембран,
полученных различными способами
3.3. Физикохимические и электротранснортные характеристики мембран, полученных профилированием в набухшем состоянии.
3.3.1 Анализ структуры поверхности и объма профилированных мембран
3.3.2 Механические характеристики мембран
3.3.3 Равновесные и структурные свойства мембран.
3.3.4 Диффузионные свойства мембран
3.3.5. Расчет отношения сопротивлений профилированной и плоской
мембран
3.3.6 Анализ транспортноструктурных параметров профилированных мембран в рамках двухфазной модели проводимости.
3.3.7 Воль гамперньте характеристики профилированных мембран
4 Исследование массопсреноса в мембранных каналах
4.1 Методика испытания лабораторных электродиализаторов
4.2 Исследование процесса электродиализа в каналах с профилированными мембранами
4.2.1 Гидродинамические и вольтамперные характеристики.
4.2.2 Массообменные характеристики
4.2.3 Роль ионного обмена в общем массопереносе в мембранных каналах с гладкими и профилированными мембранами
4.3 Исследование механизмов диссоциации воды и токов утечки в мембранных каналах с профилированными мембранами
4.4 Исследование каналов с химически модифицированными профилированными мембранами.
4.5 Исследование мембранных каналов с монослоем ионита.
4.5.1 Роль ионного обмена в общем массопереносе в мембранных каналах с монослоем ионитов.
4.5.2 Массообменные характеристики мембранных каналов с профилированными мембранами и монослосм ионита
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В. за исследование вольтамперных характеристик профилированных мембран и помощь в оформлении настоящей работы. Метод электродиализа основан на переносе ионов через селективную ионообменную мембрану под действием постоянного электрического ПОЛЯ. Процесс переноса осуществляется в электродиализаторе, представляющем собой набор чередующихся катионо и анионообменных мембран, расположенными между двумя электродами рис. Исходный раствор поступает во все камеры аппарата. Из камер обессоливания КО под действием электрического поля катионы и анионы солей мигрируют соответственно через катионо и анионообменные мембраны в камеры концентрирования КК. Таким образом в камерах обессоливания происходит деминерализация раствора, а в камерах концентрирования идт обратный процесс. В катодной камере раствор обычно подщелачивается, а в анодной подкисляется. Основным достоинством электродиализа является низкое потребление реагентов, малый объм сточных вод, экономичность процесс протекает без фазовых превращений, простота конструкции аппаратов, возможность автоматизации процесса. В промышленности электродиализ широко используется для опреснения морских и солоноватых вод, получения поваренной соли из морской воды, очистки отработанных растворов различных технологических процессов с целью возврата воды и ценных компонентов в производство . Однако ранее промышленные электродиализные аппараты не позволяли экономически обоснованно осуществлять деминерализацию до уровня менее 0 мгл . Для такого электродиализа оптимальные условия работы аппарата достигаются лишь при определнных значениях напряжения 7. Выбор конкретного значения падения напряжения на мембранном пакете зависит от диапазона концентраций, в котором проводится электродиализ. В области высоких концентраций процесс электродиализа предпочтительнее проводить в допредельном токовом режиме , 0, 7. Поскольку сопротивление раствора и мембран достаточно низкое, для достижения необходимой плотности тока не требуется прикладывать высокого напряжения. Обычно оно не превышает 1В на парную камеру. В области низких концентраций попытки осуществить глубокую деминерализацию на установках, разработанных для целей опреснения, не имели успеха изза низкой удельной производительности и высокого электрического сопротивления эл ектро диализных аппаратов. Неэкономичность более глубокого обессоливания связана с низкой эффективностью процесса, низкой удельной производительностью и большими энергозатратами изза высокого омического сопротивления разбавленных растворов. Крессман Т. Гай Ф. Следует отметить, что при таких же значениях плотности тока увеличение концентрации раствора приводит к исчезновению наблюдаемых явлений. Проведенный эксперимент позволил авторам сделать вывод о том, что наблюдаемые изменения в системе являются следствием концентрационной поляризации. В процессе концентрационной поляризации возникают условия, ограничивающие величины ионных потоков и вызывающие увеличение электросопротивление системы. Максимально возможная величина диффузионного потока с максимальным перепадом концентраций в диффузионном слое характерна для состояния системы, при которой концентрация раствора у поверхности мембраны со стороны камеры обессоливания снижается до величины, пренебрежимо малой но сравнению с исходной. При этом дальнейшее наращивание плотности тока в отсутствии сопряженных эффектов концентрационной поляризации за счет уменьшения поверхностной концентрации электролита становится невозможным. Такое состояние авторы 4 называли предельным, а плотность тока, ему соответствующую предельной плотностью тока. Долгое время считалось, что в силу возникающих электродиффузионных ограничений доставки вещества к межфазной границе нет смысла увеличивать рабочую плотность тока выше значений, соответствующих предельному току, Поэтому основные приемы интенсификации электродиализа были направлены на уменьшение электрического сопротивления раствора и увеличение значений предельного тока. В настоящее время электродиализ разбавленных растворов ведут при сверхпредельных токовых режимах.