Перенос ионов в трехслойных ионообменных мембранных системах при интенсивных токовых режимах

• Автор: Ловцов, Евгений Геннадьевич
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Использование мембранных методов для очистки воды .

1.1 Экологические проблемы загрязнения природных вод.

1.2 Мембранные методы разделения как один из наиболее эффективных способов очистки воды .

Выводы по главе 1

2 Математические модели переноса ионов через ионообменные

мембраны.

2.1 Математические модели электродиффузионного переноса

с условием электронейтральности

2.2 Математические модели электродиффузионного переноса

с учетом пространственного заряда.
2.3 Математические модели электродиффузионного переноса
с учетом диссоциации воды.
2.4 Математические модели электродиффузионного переноса
с учетом электроконвекции.
2.5 Численные методы решения краевых задач мембранной
электрохимии
Выводы по главе 2.
3 Модифицированный численный метод параллельной пристрелки с шагом переменной длины решения краевых задач для систем обыкновенных дифференциальных уравнений
3.1 Описание метода параллельной пристрелки с шагом
переменной длины .
3.2 Использование метода параллельной пристрелки
с шагом переменной длины для решения однослойной задачи переноса ионов электролита типа 11с учетом
пространственного заряда.
3.3 Использование метода параллельной пристрелки с шагом
переменной длины для решения задачи конкурентного переноса двух противоионов в трехслойной мембранной системе при токах
выше предельного.
Выводы по главе 3
4 Двойной электрический слой на границе мембранараствор
в трехслойной мембранной системе .
4.1 Математическая модель переноса ионов в трехслойной мембранной системе с учетом пространственного заряда
4.2 Метод решения задачи.
4.3 Анализ результатов численного расчета
Выводы по главе 4
5 Математическая модель запредельного состояния в трехслойной мембранной системе с учетом пространственного заряда, сопряженной конвекции и диссоциации воды .
5.1 Формулировка исходной задачи.
5.2 Метод решения задачи.
5.3 Анализ результатов численного расчета
5.4 Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными
Выводы по главе 5
Выводы.
Список использованных источников


В первой главе приведен обзор научных исследований по экологическим проблемам загрязнения водных ресурсов, а также по проблеме нехватки пресной воды. Дан сравнительный анализ используемых методов для очистки воды. Особое внимание уделено мембранным методам очистки, как одним из наиболее перспективных. Во второй главе приводится обзор математических моделей переноса ионов через ионообменные мембраны. Также дан обзор численных методов решения краевых задач, применяемых в мембранной электрохимии. Показано, что ни одна из существующих однослойных и многослойных моделей не в состоянии адекватно эксперименту описать вольтамперные характеристики и зависимости эффективных чисел переноса от плотности протекающего тока. В третьей главе предлагается модификация с переменным шагом численного метода параллельной стрельбы для решения краевых задач. Дано описание алгоритма. Рассмотрена возможность применения данного численного алгоритма для решения краевых задач в мембранной электрохимии. Описаны преимущества метода. Четвертая глава посвящена исследованию строения двойного электрического слоя на межфазной границе. Рассматриваемая математическая модель представляет собой трхслойную задачу мембрана с отдающим и принимающим противоионы диффузионными слоями, с учтом пространственного заряда как в диффузионном слое, так и в фазе мембраны. Проанализирована структура двойного электрического слоя на границе диффузионный слоймембрана. Показано, что в диффузионном слое не существует условий для существенного ускорения диссоциации воды вследствие проявления эффекта Вина. Сделан вывод о том, что для согласования экспериментальных и теоретически рассчитанных вольтампериых кривых и зависимостей эффективных чисел переноса от плотности тока необходим одновременный учет в математической модели диссоциации воды, пространственного заряда и сопряженной конвекции. В пятой главе рассматривается математическая модель электродиффузионного переноса четырех сортов ионов Ыа, СГ, Н, ОН в трехслойной области, состоящей из мембраны и двух прилегающих к ней диффузионных слоев. Предлагаемая модель принципиально отличается от предшествующих моделей, посвящнных диссоциации воды, тем, что она одновременно учитывает влияние на массоперенос ионов соли пространственного заряда, диссоциации воды и сопряженной конвекции в трехслойной мембранной системе. Автор выражает глубокую признательность заведующему кафедрой физической химии Кубанского государственного университета, доктору химических наук, профессору Заболоцкому Виктору Ивановичу за научные консультации и помощь, оказанную в ходе работы над диссертацией. Стремительное развитие всех отраслей промышленности, энергетики, транспорта, увеличение численности населения и урбанизация, химизация всех сфер деятельности человека привели к определенным изменениям окружающей среды, в том числе и неблагоприятным. Воздействие вредных веществ антропогенного происхождения на природную среду становится глобальным 7, , , , , , , , , 6, 8. Природные ресурсы все интенсивнее используются для нужд человечества. Наблюдается устойчивая тенденция к увеличению содержания в атмосфере оксидов углерода и азота, пыли, токсичных соединений металлов, аминов и других вредных веществ , , . Происходит загрязнение сточными водами промышленных и коммунальных предприятий больших и малых рек, озер, прибрежных морских вод. В водоемах содержатся нефтепродукты, фенол, легко окисляемые органические вещества, соединения черных и цветных металлов, аммонийный и нитратный азот и другие загрязнители . Кроме перечисленных веществ, к опасным загрязнителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон промышленных стоков 1,0 ,0 и способных изменять водной среды до значений менее 5,0 или более 8,0, тогда как большинство живых организмов в пресной и морской воде может существовать только в интервале 5,0 8,5 . Математически степень загрязнения воды сточными водами оценивается, например, методом, описанным в работе . Суть метода состоит в следующем.