Исследование мембранных процессов в равновесных условиях с применением метода графов

• Автор: Быкова, Лариса Михайловна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Общая характеристика мембран. Использование мембран в химии и химической технологии.

1.1 Общие представления о мембранных технологиях

1.2 Основные направления развития мембранной техники и мембранных технологических процессов.

1.3 Процессы мембранного разделения

1.4 Классификация и свойства мембран.

1.5 Синтетические ионообменные мембраны

1.5.1 Основные функции ионообменных мембран

1.5.2 Химическое строение и способы получения ионообменных мембран.

1.5.3 Области применения ионообменных мембран

1.5.4 Применение синтетических мембран в ионометрических системах .
1.5.4.1 Мембраны селективные к катионам
1.5.4.2 Мембраны селективные к анионам.
1.6 Принципы, управляющие поведением ионообменных мембран
1.6.1 Модельное описание мембранных систем.
1.6.2 Мембранный потенциал.
1.6.3 Особенности транспорта ионов и молекул в мембранах.
1.6.4 Селективность
1.6.4.1 Молекулярные аспекты селективности.
1.6.4.2 Избирательность и материальный баланс
1.7 Выводы из литературного обзора.
Глава 2. Применение метода графов для описания ионообменные мембранных процессов
2.1 Математические основы моделирования мембранных процессов
2.2 Теоретические основы моделирования реакции потенциалобразования на границе раздела фаз мембранаэлектролит.
2.2.1 Реакция потенциалобразования и метод графов
2.2.2 Ориентированный граф и уравнение теории графов.
2.2.3 Основные допущения и анализ уравнения теории графов
2.2.4 Применение метода графов для оценки ступенчатого комплексообразования в ионообменных мембранах.
2.2.5 Применение метода графов для оценки избирательности реакции потенциалобразования.
2.2.6 Выводы из уравнения теории графов
2.3 Результаты расчетов, и их обсуждение
2.3.1 Результаты моделирования реакции потенциалобразования
2.3.2 Оценка вклада внешнесферного взаимодействия в равновесие реакции потенциалобразования.
2.3.3 Теоретическая оценка избирательности ионообменных.мембран
2.4 Реакция потенциалобразования алюминия с органическими лигандами.
2.4.1 Свойства органических лигандов.
2.4.2 Комплексообразование алюминия с ализарином.
2.5 Выводы из результатов моделирования.
Глава 3. Приборы и методы исследования. Определение основных потенциометрических характеристик мембран
3.1 Растворы и реактивы.
3.2 Приготовление растворов.
3.2.1 Приготовление исследуемых растворов
3.2.2 Приготовление модельных растворов электролитов.
3.3 Изготовление мембранного модуля.
3.4 Приборы и методы исследования.
3.4.1 Фотометрический метод определения массовой концентрации алюминия.
3.5 Основные потенциометрические характеристики мембран
3.5.1 Определение предела обнаружения.
3.5.2 Определение коэффициента селективности
3.5.3 Определение зависимости потенциала от раствора.
3.6 Обработка результатов измерений
Глава 4. Экспериментальное исследование функционирования ионообменных мембран
4.1 Изучение стабильности и воспроизводимости работы мембраны
4.2 Мембраны, селективные к трехвалентным металламИЗ
4.3 Исследование зависимости потенциала от
4.4 Экспериментальная оценка избирательности мембран на основе алюминона и ализарина.
4.5 Мембраны, селективные к двухвалентным катионам.
4.6 Применение ионообменных мембран для исследования электролитов гальванического производства.
Основные результаты и выводы.
Список литературы


Мембранные методы разделения жидких и газообразных сред уже сегодня заняли прочное место в арсенале промышленных технологических процессов 5, 6, 7, хотя полное становление и отдача мембранной науки и технологии ожидается в XXI веке. Существуют области, где мембранная технология вообще не имеет конкурентов. Здесь следует упомянуть аппарат искусственная почка 8, 9, создание сверхчистых веществ и зон в микроэлектронике, выделение термолабильных биологически активных веществ и др. Значение мембранной технологии в последние годы резко возросло, прежде всего как технологии, способной навести мост через пропасть, разделяющую промышленность и экологию. Мембранные процессы очистки сточных вод с выделением ценных компонентов в машиностроении, целлюлознобумажной, текстильной и пищевой промышленности, коммунальном хозяйстве и других отраслях. Мембранные сенсоры и биосенсоры для компактных высокочувствительных систем управления и приборов. Мембранные процессы для бактериологического контроля воды, анализа сыворотки крови, аппараты для плазмофереза и оксигенации крови. Принципы направленного конструирования керамических и композиционных высокотемпературостойких, химически стойких и высокоселективных мембран для микро, ультра и нанофильтрации, первапорации и газоразделения 2,. Фактором, определяющим сохранение и поддержание мирового уровня российской мембранной науки и техники, является государственная поддержка фундаментальных исследований. На базе полученных предложений научноисследовательских организаций сформирована Программа фундаментальных и поисковых исследований Мембраны и мембранные процессы новых поколений для ресурсосберегающих и природоохранных технологий 3. При этом предполагается также осуществить широкий поиск новых возможностей мембранных технологий как по разработкам новых мембранных процессов для решения актуальных прикладных проблем, так и по оптимизации технологических схем существующих процессов . Впервые в государственную программу по мембранному направлению вводятся разделы по разработке химических мембранных сенсоров. Создание мембранных барьерных слоев на поверхности чувствительных элементов таких устройств позволяет существенно повысить селективность сенсоров и расширить тем самым возможности их эффективного применения в разнообразных производствах и при мониторинге состояния окружающей среды . В государственную программу включен ряд традиционных для мембранной проблематики работ, в которых процессы переноса анализируются с квазиравновесных позиций. О молекулярном дизайне при синтезе мембран говорить пока сложно, однако уже к сегодняшнему дню накопилось много работ по разрабатываемым новым мембранным материалам полимерным органическим, керамическим и др. Мембранная технология оказалась в высшей степени наукоемкой. На начальных этапах развития потребовался всесторонний анализ всех ее аспектов процессов переноса ионов и молекул через мембраны и установления взаимосвязи параметров разделения производительность, селективность со структурой мембранных материалов, проблем переработки полимеров в мембранные изделия, вопросов оптимальной организации мембранных процессов . Процессы разделения жидких и газовых смесей с помощью селективно проницаемых мембран характеризуются наличием трех потоков рис. Отношение величины потока к величине потока У0 называют конверсией процесса и обычно выражают в процентах. К с2 с
где С2 концентрация задерживаемого вещества в потоке С2 концентрация этого же вещества в потоке У,. У0. Движущей силой переноса веществ через мембрану в общем случае является разность химических потенциалов Ар. В конкретных случаях, разделения жидких и газовых смесей, движущей силой процессов может быть перепад давлений Ар, разность электрических потенциалов А, разность температуры АТ и градиент концентрации АС. В табл. Ф У,У
У, к Ар
Таблица 1. У, 7,, П, О, а, 1. П1 константа проницаемости материала, не зависящая от давления Д и соответственно коэффициент диффузии и термодинамический параметр растворимости компонента в данном материале константа Генри Д, перепад давления компонента вида на мембране с толщина мембраны.