Характеризация мембранных материалов методом вольтамперометрии

• Автор: Лоза, Наталья Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 Мембранная вольтамперометрия.

1.1 Концентрационная поляризация в электромембранных системах.

1.2 Сопряженные эффекты концентрационной поляризации

1.3 Экспериментальные методы изучения концентрационной поляризации.

1.4 Общий вид вольтамперной характеристики ионообменной мембраны и методы определения предельного тока

1.5 Влияние различных факторов на величину предельного тока и

форму вольтамперной характеристики ионообменной мембраны

1.6 Мембранная вольтамперометрия для характеризации

9 ионообменных материалов.

1.6.1 Методы контролируемого изменения физикохимических свойств ионообменных мембран
1.6.1.1 Кондиционирование перфорированных ионообменных мембран.
1.6.2.2 Введение ионов тетрабутиламмония в фазу мембраны
2 Экспериментальная часть
2.1 Объекты исследования
2.1.1 Методика контролируемого насыщения ионообменных мембран ионами ТБА.
2.2 Методика измерения вольтамперных характеристик
ионообменных мембран
4 2.2.1 Определение параметров вольтамперной характеристики
2.2.2 Влияние скорости развертки тока на форму вольтамперной характеристики ионообменной мембраны
2.2.3 Влияние вспомогательных мембран на параметры вольтамперной характеристики ионообменной мембраны.
2.2.4 Зависимость параметров ВАХ от
концентрации раствора электролита.
2.2.5 Влияние гидродинамического режима на величину
предельного тока
2.3 Методика определения электропроводности ионообменных мембран на постоянном токе.
ф 2.4 Методика контроля за изменением примембранного раствора
в условиях поляризации ионообменной мембраны.
3 Взаимосвязь между свойствами мембран и параметрами вольтампер ной кривой
3.1 Влияние транспортноструктурных параметров ионообменных
мембран на величину предельного тока.
3.2 Вольтамперные характеристик ионообменных мембран
разного структурного типа
ф 3.3 Изменение параметров вольтамперных характеристик
перфорированных мембран в зависимости от способа конди ционирования.
3.3.1 Влияние природы электролита на величину предельного тока
3.3.2 Изменение параметров ВАХ перфорированных мембран
в результате длительного хранения образцов
3.4 Влияние ионов ТБА на вольтамперные характеристики перфорированной мембраны МФ4СК
4 Изучение электрохимического поведения композитов МФ4СКПАн методом мембранной вольтамперометрии.
4.1 ВАХ мембраны МФ4СК в присутствие ионов Бе3
4.2 ВАХ композитных мембран МФ4СКПАн, содержащих
полианилин в различных формах
4.3 Эффекты асимметрии ВАХ для анизотропных
композитов МФ4СКПАн.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору химических наук, профессору Кононенко Наталье Анатольевне за постановку задачи и руководство работой в процессе всего ее выполнения, доктору химических наук, профессору Березиной Нинель Петровне за постоянное внимание к настоящей работе, помощь в обсуждении результатов экспериментов и подготовке публикаций, доктору химических наук, профессору Гнусину Николаю Петровичу за помощь в теоретическом анализе вольтамперных характеристик, сотрудникам лаборатории мембранного материаловедения к. Деминой . Кубайси А. А.Р. МФ4СКПАн, асп. Шкирской С. А. за предоставление результатов измерения порометрических кривых и электроосмотической проницаемости мембран. Автор также выражает глубокую благодарность к. ОАО Пластполимер Тимофееву С. В. за предоставление образцов перфорированных мембран. Рассмотрим явление концентрационной поляризации в электромембранной системе. В системе ионообменная мембранараствор электролита в отсутствие внешнего тока концентрация раствора в фазе мембраны и в фазе раствора одинакова. При наложении внешнего электрического поля ионы, содержащиеся в растворе, посредством миграции, диффузии и конвекции доставляются к межфазной границе и переносятся через ионообменную мембрану. Поскольку числа переноса ионов в мембране выше, чем в растворе 7, происходит уменьшение концентрации противоионов в тонком слое раствора диффузионном слое с отдающей стороны мембраны С5. Дальнейшее увеличение силы поляризующего тока приводит к уменьшению концентрации противоионов в диффузионном слое и при некотором значении плотности тока, называемой предельной плотностью тока Д С5 стремится к нулю. При этом дальнейшее наращивание плотности тока за счет роста потоков ионов электролита с увеличением приложенного напряжения становится невозможным. По терминологии 1ЦРАС, рекомендованной в году 7, предельный ток это максимальный ток в системе. Таким образом, сущность явления концентрационной поляризации заключается в изменении концентрации ионов вблизи поверхности мембраны в диффузионном слое при протекании через ЭМС постоянного тока, что оказывает существенное влияние на параметры процесса электромассопереноса , . Однако в отличие от электродных процессов, в ЭМС возможно увеличение тока выше предельного. Это связано с несколькими явлениями, получившими название сопряженные эффекты концентрационной поляризации. Их можно условно подразделить на две группы . Ко второй группе относятся сопряженные с переносом ионов химические реакции, в частности, взаимодействие ионов слабых электролитов с растворителем водой и продуктами ее диссоциации в отдающем диффузионном слое, на поверхности раздела мембранараствор и внутри ионообменного материала. Фарадея. Недостаток противоионов, переносимых в растворе по механизму электромиграции, восполняется в результате диффузии, что можно выразить с помощью первого закона Фика
Ах
где градиент концентрации электролита вдоль транспортной оси
Э коэффициент диффузии соли в растворе. Таким образом, суммарный поток ионов через раствор складывается из диффузионной и электромиграционной составляющих. Для мембраны диффузионным вкладом можно пренебречь. Со концентрация электролита в глубине раствора. Уравнение 6 известно в литературе как формула Пирса для предельного тока. Для описания концентрационной поляризации в настоящее время существует несколько математических моделей, подробный анализ которых выполнен в работах , . В ряде работ Гнусиным Н. П., Заболоцким В. И., Никоненко В. В. и Уртеновым М. Х. , , , разработана конвективнодиффузионная модель процесса электродиализного обессоливания. На основании анализа данной модели и сравнения результатов расчта с экспериментальными данными по распределению плотности тока и концентрации, ВА кривым, величине предельного тока и толщине диффузионного слоя показали, что эта модель качественно и количественно верно отражает процесс обессоливания в гладком канале электродиализатора при ламинарном режиме течения раствора , 7. Это позволяет использовать модель для расчета аппаратов и для оптимизации режима их работы.