Механизм переноса ионов и молекул растворителя через гибридные катионообменные мембраны в процессе электродиализного концентрирования электролитов

• Автор: Протасов, Кирилл Вадимович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1 Механизмы переноса ионов электролитов и молекул растворителя в электромембранных системах

1.1 Физикохимические основы процесса элсктродиализного концентрирования электролитов

1.2 Математическое моделирование процесса электродиализного концентрирования электролитов

1.3 Электроосмотичсская проницаемость ионообменных мембран

1.3.1 Эффекты гидратации в ионообменных мембранах

1.3.2 Явление электроосмоса в ионообменных мембранах.

1.3.3 Теоретическое описание электроосмоса в ионообменных мембранах

1.4 Модифицирование ионообменных мембран

2 Получение, структура и физикохимические характеристики гибридных мембран.

2.1 Теоретическое обоснование и предпосылки создания гибридной мембраны для процесса электродиализного концентрирования электролитов
2.2 Разработка способа получения гибридной мембраны для процесса электродиализного концентрирования электролитов
2.3 Характеризация исходных и гибридных мембран.
3 Элекгродиализное концентрирование растворов электролитов с гибридными ионообменными мембранами.
3.1 Исследование механизма переноса ионов и молекул воды при электроднаяизном концентрировании С1 из его растворов
3.2 Верификация модели электродиализного концентрирования с исходной гомогенной и гибридной мембранами
3.3 Электродиализное концентрирование 1лС1 из его растворов в органическом растворителе Ы,Ыдиметилаиетамиде.
3.4 Электродиализное концентрирование раствора азотной кислоты. 0 4 Влияние поверхностной модификации перфорированных сульфокатионитовых мембран МФ4СК полианилином на процесс электродиализного концентрирования хлорида натрия из его водных
растворов.
Список использованных источников


Разработка модели электродиализного концентрирования, позволяющей учитывать перенос растворителя в составе сольватных оболочек ионов и электроосмотический перенос свободного растворителя. Научнан новизна. Разработан способ получения гибридных мембран на основе МФ4СК и тетраэтоксисилана, обеспечивающий снижение их электроосмотической проницаемости. Получен комплекс физикохимических влагоемкость, обменная емкость, константа ионизации фиксированных групп, структурных площадь удельной поверхности, суммарный объем пор и электротранспортных электропроводность, электроосмотическая проницаемость характеристик гибридных катионообменных мембран. На основе капиллярной модели и теории двойного электрического слоя Штерна получено выражение для расчета электроосмотического переноса растворителя через мембраны и показано, что разработанный в данной работе способ модифицироваггия позволяет значительно уменьшить радиус мезопор и, тем самым, снизить электроосмотический перенос свободного растворителя. Разработана математическая модель процесса электродиализного концентрирования, учитывающая электроосмотический перенос растворителя в составе сольватных оболочек ионов и электроосмотический перенос свободного растворителя. Установлено, что вклад переноса свободного растворителя в суммарный электроосмотический поток для перфорированных мембран, имеющих высокую влагоемкость, увеличивается с разбавлением исходного раствора и в области низких концентраций электролита может существенно превысить перенос растворителя в составе сольватных оболочек ионов. Впервые исследован процесс электродиализного концентрирования хлорида натрия из водных растворов с использованием гибридных мембран на основе МФ4СК и тетраэтоксисилана. С помощью разработанной математической модели процесса электродиализного концентрирования впервые рассчитаны транспортные характеристики исследуемых мембран. Впервые исследован процесс электродиализного концентрирования хлорида лития из его растворов в ДМАА и рассчитаны транспортные характеристики исследуемых исходных и гибридных мембран. Обнаружено, что модифицирование мембраны МФ4СК тетраэтоксисиланом по предложенному способу позволяет значительно снизить электроосмотический перенос свободного ДМАА и продлить срок эксплуатации электродиализаторовконцентраторов. Практическая значимость. Разработан способ получения гибридных мембран на основе МФ4СК и тетраэтоксисилана, позволяющий повысить солесодержание раствора в камерах концентрирования ЭДК. С использованием гибридных мембран на основе МФ4СК и ТЕОЭ разработаны методы электродиализного концентрирования хлорида натрия и азотной кислоты из их водных растворов, хлористого лития из его растворов в апротонном растворителе ДМАА. Технология модифицирования мембран передана в ООО Инновационное предприятие Мембранная технология, технология электродиализного концентрирования ЫС1 из растворов на основе ДМАА апробирована при регенерации технологических растворов в производстве упрочненных полиарамидных волокон на предприятии ОАО Каменскволокно. Электродиализменсджер. Разработанный способ получения гибридных мембран и методика их тестирования в электродиализной ячейке с непроточными камерами концентрирования внедрены в учебные курсы но дисциплинам специализации на кафедре физической химии Кубанского государственного университета. Положения, выносимые на защиту. Способ получения гибридных мембран на основе МФ4СК и тетраэтоксисилана с низкой электроосмотической проницаемостью, обеспечивающих увеличение концентрации рассола в процессе элсктродиализного концентрирования. Комплекс физикохимических, структурных и электротранспортных характеристик гибридных мембран в водных растворах МаС1 и растворах 1ЛС1 в органическом растворителе ДМАА. Расчет радиуса пор и электроосмотического переноса свободной воды через мембраны на основе капиллярной модели и теории Штерна, и экспериментальных данных, полученных методом контактной эталонной порометрии. Механизм переноса ионов электролитов и молекул растворителя через гибридные мембраны в процессе электроднаяизного концентрирования водных растворов ЫаС1 и растворов 1ЛС1 на основе апротонного растворителя ДМАА.