Бароэлектродиффузия электролита через гетерогенные ионообменные мембраны

• Автор: Чайка, Василий Васильевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Строение полимерных ионообменных материалов.

1.1.1. Строение гранулированных ионообменников.

1.1.2. Строение гетерогенных ионообменных мембран.

1.2. Факторы, влияющие на перенос электролита и воды через гетерогенные ионообменные мембраны
1.2.1. Влияние разности давлений по обе стороны мембраны на селективность гетерогенных ионообменных мембран.

1.2.2. Осмотическая и гидродинамическая проницаемость гетерогенных мембран.

1.2.3. Электроосмотический перенос

1.3. Модели строения ионообменных мембран.

1.3.1. Обобщенные модели
1.3.2. Капиллярные модели.
1.4. Уравнения, описывающие перенос электролитов через мембраны
1.4.1. Уравнения, основанные на термодинамике неравновесных процессов.
1.4.2. Уравнения Нернста Планка.
1.5. Электрохимические системы с ионообменными мембранами, гранулированными ионитами, работающие в неизобарных условиях.
1.5.1. Электродиализный метод получения деионизованной воды.
1.5.2. Электродиализный метод концентрирования электролитов.
1.5.3. Элсктромсмбранный метод получения элюентов для ионной хроматографии.
Заключение по литобзору.
2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Используемые материалы, их предподготовка
2.2. Методы исследования переноса электролита через гетерогенные ионообменные мембраны в неизобарных условиях
2.2.1. Методика исследования переноса электролитов через ионообменные мембраны МА, МБ3, МФ4СК, АМХ в неизобарных условиях
2.2.2. Методика проведения исследований электродиализного
концентрирования растворов электролитов в неизобарньтх условиях.
2.2.3 Определение концентрации, потока, выхода по току гидроксида натрия и чисел переноса ионов натрия через мембраны МА, МБ3, МФ4СК, АМХ.
2.2.4. Методика измерения разности давлений на мембране.
2.2.5. Расчет погрешности определения концентрации, потока гидроксида натрия и хлорида натрия и чисел переноса ионов натрия.
3. ТЕОРИЯ ПРОЦЕССА БАРОЭЛЕКТРОДИФФУЗИИ ЭЛЕКТРОЛИТА ЧЕРЕЗ ГЕТЕРОГЕННЫЕ ИОНООБМЕННЫЕ МЕМБРАНЫ.
3.1. Структурная модель.
3.2. Бароэлектромембранные процессы, протекающие в гетерогенных ионообменных мембранах при наложении градиентов давления и электрического потенциала.
3.3. Бароэлектродиффузионный перенос электролита через гетерогенные мембраны с идеально селективным гелем.
3.4. Учет неидеальности геля при описании бароэлектродиффузии электролита через гетерогенные ионообменные мембраны
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БАРОЭЛЕКТРОДИФФУЗИИ ЧЕРЕЗ ГЕТЕРОГЕННЫЕ ИОНООБМЕННЫЕ МЕМБРАНЫ
4.1. Определение вида, радиусов и поверхностной плотности транспортных пор
4.2. Концентрационные профили и потоки ионов в порах мембран
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БАРОЭЛЕКТРОДИФФУЗИИ В ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫХ АППАРАТАХ НА ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
5.1. Электродиализное концентрирование раствора хлорида натрия
5.1.1. Теоретическое описание концентрирования электролитов.
5.1.2. Сравнение результатов теоретического расчета с экспериментальными результатами.
5.2. Получение деионизованной воды методом электродиализа.
5.4. Получение раствора гидроксида натрия электродиализом с биполярными мембранами
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Неоднородностью ионитов объясняются причины видимого нарушения закона действия масс и уравнения Донпана в ионитах 5, аномального увеличения электропроводности , и коэффициентов диффузии поглощенных ионов с ростом концентрации равновесного раствора 6, 5, 4, необходимость использования коэффициентов диффузии для фазы раствора и фазы геля , гидродинамической проницаемости гетерогенных ионообменных мембран . Впервые представления о порах в ионитах были введены Шлеглем 1. Традиционной классификацией пористых тел является классификация, предложенная Дубининым , с. В качестве меры степени неоднородности ионообменника используется суммарный объем пор, радиус пор или дифференциальные кривые распределения пор по радиусам. Для изучения неоднородности ионитов используются методы, в основу которых положены различные принципы измерения электронной и оптической микроскопии 1, , 5, 9, метод, основанный на последовательном проведении реакции ионного обмена , , сорбционный метод 5, 6, 4, , метод контактной эталонной порометрии , ,7, изотопный метод . Негомогенность ионита проявляется на электронномикроскопических снимках в виде черных пятен рис. Один из простейших методов определения размера пор в ионообменниках основан на последовательном проведении реакции ионного обмена с растворами ионов тетраалкиламмония или органических красителей, имеющих стабильные размеры молекул в пределах 0,2 0,4 нм до 1,5 3,0 нм , . Этим методом установлено, что гелевые иониты на полистирольной основе имеют размеры пор от 0,6 до 3,0 нм, зависящие от количества сшивающего агента. Рис. Методами электронной и оптической микроскопии, основанными на визуальном определении размеров контрастных областей в порах ионитов, обнаруживаются поры надмолекулярных и макроскопических размеров диаметром от до 0 нм 5, 7, 9. Методом изучения пористой структуры ионообменных материалов является сорбционный метод , основанный на использовании изотерм сорбции из жидкостей и паров. Сорбционным методом можно определить объемную долю воды в смоле. К недостаткам сорбционных методов относится невозможность оценки размеров и доли пор. Другой чувствительный способ для исследования неоднородностей ионитов основан на изучении доннановского равновесия в системе ионит раствор 5, 4, 6. Глюкауф 5, 6 показал, что закон Доннана неприменим к ионитам, так как они гетерогенны. Для получения дифференциальных кривых распределения объема воды по радиусам пор в ионообменниках Ю. М. Вольфковичем с соавторами предложен метод контактной эталонной порометрии КЭП , , 7. Метод основан на измерении равновесной кривой относительного влагосодержания для образца в комплекте с эталонным образцом, для которого порометрическая кривая известна. Изменение количества жидкости в образцах осуществляется путем испарения. Определив равновесную кривую относительного влагосодержания и измерив независимым методом порограмму эталона, авторы , для ряда ионитов получили кривые распределения поглощенной воды по ее энергии связи с материалом ионообменника А. А 2Усг1г
где К и т соответственно мольный объем и поверхностное натяжение воды. Из порометрических кривых рис. Общин объем пор каждого типа мезопоры, макропоры в ионообмениике пропорционален площади, ограниченной пиком. Рис. Наряду с количественными характеристиками структуры ионообмснников обработка порометрических кривых дает возможность разделить воду на свободную и связанную, выделив при этом гидратационную емкость гелевых участков, рассчитать гидратные числа противоионов. К недостаткам метода КЭП можно отнести невозможность определения количества транспортных пор в исследуемом образце. Гетерогенные ионообменные мембраны, так же как и ионообменники, являются неоднородными. Дополнительную неоднородность гетерогенных ионообменным мембранам придаст инертное связующее, которое используется при синтезе мембран. Наличие пор и других неоднородностей в структуре мембран зафиксировано с помощью прямых исследований методами электронной и электроннорастровой спектроскопии 0, рассеивания рентгеновских лучей низкой энергии 1, оптическими методами , с.