Исследование переноса ионов слабых электролитов через ионообменные мембраны при электродиализе

• Автор: Володина, Елена Ивановна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Литературный обзор

1.1 Некоторые равновесные и кинетические характеристики растворов слабых электролитов

1.2 Равновесные характеристики ионообменных материалов

1.2.1 Изотермы сорбции и константы равновесия

1.2.2 Методы определения коэффициента ионообменного равновесия

1.2.3 Неорганические электролиты

1.2.4 Органические вещества

1.3 Электропроводность ионообменных материалов

1.4 Массоперенос электролитов в электромембранных системах

1.4.1 Мягкие токовые режимы.

1.4.1.1 Механизмы переноса сильных и слабых электролитов
1.4.1.2 Математическое моделирование переноса электролитов при мягких токовых режимах
1.4.2 Перенос электролитов при интенсивных токовых режимах
1.4.2.1 Механизмы переноса
1.4.2.2 Математическое моделирование переноса электролитов при интенсивных токовых режимах
1.4.3 Синтез, очистка, разделение и удаление слабых электролитов электромембранными методами
2 Экспериментальная часть
2.1 Метод определения коэффициента ионообменного равновесия в системе анионообменная мембрана МА раствор гндрокарбоната натрия
2.1.1 Определение эквивалентных долей ионов в исходном и равновесных растворах
2.1.2 Определение эквивалентных долей ионов НСОз и СО в мембране
2.2 Измерение электропроводности мембран с помощью пиицетной ячсйки
2.3 Методика исследования электротранспортных характеристик мембран
2.4 Методика получения комплексных электрохимических характеристик ионообменных мембран
2.5 Определение степени гетерогенности поверхности мембран с помощью электронного сканирующего микроскопа
3 Равновесные термодинамические и транспортные характеристики анионообменных мембран в растворах сильных и слабых электролитов
3.1 Определение коэффициента ионообменного равновесия в системе МА
4ШаНС
3.2 Электропроводность анионообменных мембран в растворах сильных и
слабых электролитов
4 Механизм переноса гидрокарбонатов через анионообменные мембраны
4.1 Модельные представления
4.2 Верификация модели
5 Механизм переноса ионов сильных и слабых электролитов при интенсивных токовых режимах
5.1 Расчет парциальных токов и толщины электронейтралыюй части диффузионного слоя возле анионо и катионообменной мембран в КО
5.1.1 Предельный ток и толщина диффузионного слоя при допредельных токах
5.2 Вклад разных механизмов в приращение сверхпределыюго тока
5.3 Структура обедненного диффузионного слоя
5.3.1 Расчет скачка потенциала в КО
5.3.2 Учет скачка потенциала в камерах концентрирования
5.3.3 Определение параметров и 2
5.3.4 Толщина ОПЗ и величина пространственного заряда
5.4 Сверхпредельный массоперенос в растворах слабых электролитов
5.4.1 Электродиализ хлоридных и гидрокарбонатных растворов
5.4.2 Вольтамперные и хронопотенциометрические характеристики в растворах и 3
6 Влияние гетерогенности поверхности мембраны и фактора времени на кинетику переноса ионов
6.1 Свойства поверхности и транспортные характеристики мембран
6.1.1 Визуализация поверхности мембран и доля проводящих участков
6.1.2 Массоперенос в обедненном диффузионном слое вблизи гомогенной и гетерогенной поверхностей мембран
6.1.3 Хронопотенциометрическое изучение гомогенных и гетерогенных мембран
6.1.4 Вольтамперометрия гомогенных и гетерогенных мембран
6.2 Изменение транспортных характеристик мембран в процессе их хранения и эксплуатации
Выводы
Список использованных источников


Повторяя описанную операцию и производя соответствующий расчет, можно получить изотерму обмена. Вторая группа содержит методы, основывающиеся на законах динамики ионного обмена например, метод хроматографии. Хроматографическая методика заключается в том, что в колонку, наполненную ионитом и находящуюся в равновесии с промывающим раствором элюентом, в лобовой слой вносится индикаторное количество обменивающегося иона микрокомпонент, который далее вымывается элюентом ,,,. Например, в работе предложен метод определения констант обмена анионов двухосновных кислот на сильноосновных анионитах, использующий зависимость концентрации вымываемого макрокомпонента от объема промывного раствора. Рассмотрен случай сосуществования нескольких ионных форм микрокомпонента и измерены константы обмена на анионите АВ . Колотилина И. К. и соавторы провели сравнение двух методик расчета констант обмена двух разнозарядных анионов слабых кислот одновременно из данных одного хроматографического опыта и показали, что при определении констант обмена анионов кислот типа угольной целесообразнее использовать обычные методы, позволяющие получать константу обмена каждого из ионов отдельно на один и тот же анион. Авторы указывают на трудности обеспечения постоянства содержания в анионите гидроксильного иона вследствие поглощения С из воздуха и перехода гидроксильной формы смолы в бикарбонатную, а для определения констант в растворе очень слабых кислот типа кремневой рекомендуют использовать высокий промывающего раствора. Они отмечают, что такие кислоты обладают склонностью к ди и полимеризации как в растворе, так и в фазе ИОМ, что может привести к неправильному определению константы. Обрезков О. Н. и соавторы особо подчеркивают необходимость изучения равновесий в системах анионит гидрокарбонат вследствие достаточно частого применения растворов солей угольной кислоты 2. М На2СОз и З. ОмМ КаНС в качестве элюентов при хроматографическом определении неорганических ионов. На основании численных расчетов показано , что по мерс роста равновесного раствора доля однозарядного иона в сорбенте монотонно убывает, а доля двухзарядного аниона проходит через максимум при достаточно больших двухзарядные анионы конкурируют с ионами ОН. Результаты работы были использованы для разработки методики оценки равновесного распределения ионов двухосновной кислоты в фазе анионообменника и для прогнозирования времени удерживания ионов С Г, ИОз и 8С в ИОМ с использованием растворов солей угольной кислоты в качестве элюентов. Состав фазы сорбента в равновесии с элюентом определяли, пропуская через колонку с сорбентом ЗмМ раствор нитрата калия. Вытекающий из колонки раствор отбирали в мерную колбу и затем анализировали методом ионной хроматографии, детектируя анионы угольной кислоты в виде СОз2иона. Сравнение сорбционных характеристик слабо и сильноосновных ионитов в растворах слабых электролитов приводится в работах 1,,,,,. Анализ литературных источников показывает, что эти характеристики зависят от ряда параметров. Зарядность. ИОМ если Г1, то эквивалентная доля ионов 1 в мембране больше, чем их доля в растворе, и, таким образом, мембрана предпочтительно поглощает ионы 1. ККС. Из анализа формулы 1. К избирательное поглощение многозарядных ионов возрастает с увеличением обменной емкости и разбавлением раствора. Это явление известно под названием зарядовой, или электроселективности ИОМ. Физическая природа этого явления такова . Благодаря электрической разности потенциалов доннановский потенциал, почти полностью исключающей коионы из фазы ионита, противоионы внедряются в ионит, и таким образом уравновешивается их стремление к диффузии в раствор. Воздействие, которое доннановский потенциал как электрическое поле оказывает на ион, пропорционально заряду иона. Поскольку стремление противоионов к диффузии не зависит от их заряда, то при равновесии доннановский потенциал компенсирует большую разность концентраций между ионитом и раствором в случае противоионов с большей величиной заряда. Экспериментальные исследования 1,,,,, подтверждают правомерность этого вывода. Константа диссоциации.