Синтез и исследование процессов переноса в модифицированных биполярных мембранах

• Автор: Крупенко, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 155 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. СТРОЕНИЕ И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАНАХ 1

1.1.1. Теоретические представления о строении

БИПОЛЯРНОЙ ОБЛАСТИ 1

1.1.2. Процессы, протекающие в биполярной области

при поляризации постоянным током

1.1.3. Перенос ионов в монополярных слоях биполярной мембраны

1.2. МЕТОДЫ СИНТЕЗА БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН

1.2.1. Синтез гомогенных мембран
1.2.2. Синтез гетерогенных мембран
1.3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН
1.3.1. Метод вольтамперометрии
1.3.2. Метод электрохимического импеданса
1.3.3. Определение энергии активации
1.3.4. Измерение чисел переноса
1.4. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА С БИПОЛЯРНЫМИ МЕМБРАНАМИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН
2.1.1. ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИПОЛЯРНЫХ
МЕМБРАН
2.1.2. Парциальные по напряжению вольтамперные
характеристики биполярных мембран
2.1.3. Определение констант скорости диссоциации
воды в биполярной области
2.1.4. Измерение чисел переноса ионов
2.2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРОВ КИСЛОТ И ЩЕЛОЧЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН
3. СИНТЕЗ МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН
3.1. ОТРАБОТКА УСЛОВИЙ СИНТЕЗА МЕМБРАН В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
3.1.1. Влияние давления прессования
3.1.2. Влияние температуры прессования
3.1.3. Влияние типа каталитической добавки
3.1.4. Влияние количества каталитической добавки
3.2. ПОЛУЧЕНИЕ УКРУПНЕННЫХ ОБРАЗЦОВ МЕМБРАН
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН
4.1. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРЕДПОДГОТОВКИ НА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕМБРАН
4.2. ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
4.3 ЧИСЛА ПЕРЕНОСА ИОНОВ
4.4 ПАРЦИАЛЬНЫЕ ПО ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЮ ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
4.5 КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ ДИССОЦИАЦИИ ВОДЫ В МЕМБРАНАХ
4.6. ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ ДИССОЦИАЦИИ ВОДЫ В МЕБРАНАХ
5. ПОЛУЧЕНИЕ РАСТВОРОВ КИСЛОТ И ЩЕЛОЧЕЙ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ
БИПОЛЯРНЫХ МЕМБРАН
5.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ КИСЛОТ
5.2. СРАВНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОТЫ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОГО АППАРАТА С ТРЕХКАМЕРНЫМИ И ДВУХКАМЕРНЫМИ ЭЛЕМЕНТАРНЫМИ ЯЧЕЙКАМИ
5.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ 1 М РАСТВОРОВ КИСЛОТЫ И ЩЕЛОЧИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Отличительной особенностью электромембранных процессов является возможность создания безреагентных, безотходных и экологически безопасных технологических процессов. Особое место среди мембран занимают биполярные ионообменные мембраны БПМ, которые при поляризации электрическим током способны генерировать ионы водорода и гидроксила. Эта способность имеет широкое применение в химической технологии при получении неорганических кислот и щелочей из их солей, регенерации сорбентов дымовых газов и ионообменных смол, разделении белков, нодкислении фруктовых соков, получении органических кислот и аминов. При создании новых производственных процессов особое внимание уделяется электрохимическим свойствам БПМ. Мембраны с улучшенными характеристиками являются предметом технологической конкуренции и средством получения более экономичных и экологически безопасных производственных процессов. Однако существующие гомогенные биполярные мембраны обладают хорошими электрохимическими характеристиками, но достаточно высокой стоимостью, а гетерогенные биполярные мембраны относительно дешевы, но имеют более узкую область применения, чем гомогенные, вследствие невысоких электрохимических характеристик. С точки зрения теории мембранных процессов, БПМ являются уникальным объектом, позволяющим исследовать кинетику и механизм диссоциации воды в отсутствие явлений, сопутствующих диссоциации воды на границе мембрана раствор концентрационной поляризации, эффекта экзальтации, электроконвекции и других явлений, связанных с наступлением предельного состояния на мембранах. Закономерности функционирования мембранных систем могут быть использованы для интерпретации явлений, наблюдаемых на биологических мембранах в живых организмах. Особую важность при этом приобретает рассмотрение элементарных процессов, протекающих на межфазной границе катионообменниканионообменник в биполярных мембранах с участием каталитически активных центров различной природы. Экспериментальное определение кинетических параметров реакции диссоциации воды, которая протекает в БПМ, является важнейшим шагом для развития теории как электродиализа с биполярными мембранами, так и электродиализа с монополярными мембранами. БПМ. Синтез мембран с улучшенными характеристиками должен опираться на теоретические представления о процессах, происходящих при поляризации БПМ. Кроме того, объяснение влияния тех или иных факторов типа полимерной матрицы, ионогенных групп, условий синтеза и предподготовки на электрохимические свойства БПМ с позиций известных моделей позволяет проверить правильность теоретических представлений, наметить пути их дальнейшего развития. А оценка на основании оптических измерений и расчета по наблюдаемым сопротивлениям. В соответствии с этой моделью, генерация ионов водорода и гидроксила происходит на одной или на обеих границах нейтрального слоя с ионообменными мембранами, что связано с наличием некомпенсированного фиксированного заряда в этих областях и повышенной напряженностью электрического поля в этих областях. Реакционные слои на границах монополярных области и нейтрального слоя, в которых протекает диссоциация воды, по оценкам авторов имеют толщину около А. Рис. При поляризации мембраны на одной или обеих границах нейтрального слоя и монополярных слоев начинается диссоциация воды. Выделяющиеся при этом ионы снижают сопротивление слоя обессоливания, что приводит к нелинейности вольтамперной характеристики ВАХ биполярной мембраны. В работе сделано предположение, что к константа скорости прямой реакции зависит от напряженности электрического поля согласно теории Онзагера для второго эффекта Вина. Авторы полагают, что константа скорости прямой реакции диссоциации достаточно велика и генерация ионов, протекающая в реакционных слоях, не вносит вклад в общее перенапряжение на мембране. Ри. Т7 число Фарадея, Клмоль. Расчет к по уравнению 1. Рассчитанная по данной теории константа скорости диссоциации воды в 7 раз превышает константу скорости диссоциации чистой воды 2. Лимитирующей стадией для реакции, по мнению авторов этой работы, является диффузионная доставка молекул воды через монополярный слой.