Неравновесные процессы в проточных ионообменных мембранных системах

• Автор: Добрынина, Надежда Николаевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕМБРАННЫХ ПРОЦЕССОВ В НЕРАВНОВЕСНЫХ УСЛОВИЯХ.

1.1. Общие понятия о мембранах и их классификация

1.2. Основные направления развития мембранной техники

и мембранных технологических процессов

1.3. Электрохимические мембраны.

1.4. Описание основной мембранной модели

1.4.1. Равновесные условия

1.4.2. Неравновесное состояние

1.4.2.1. Уравнение баланса энтропии.

1.4.3. Мембранные системы и принципы неравновесной термодинамики
1.4.3.1. Обоснование применения метода к изучению
мембранных систем в условиях потока.
1.4.3.2. Состояние взаимности Онзагера
1.5. Выводы из литературного обзора и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ОЦЕНКА СТАЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ МЕМБРАННЫХ СИСТЕМ, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ПОТОКА.
2.1. Методология графов в теории мембранных систем
2.2. Метод графов и основное уравнение теории.
2.1.1. Стационарное состояние и возникающий сигнал
2.2. Оценка избирательности определений.
2.2.1. Реакции в многокомпонентных системах и метод графов
2.2.1.1. Стационарное и равновесное состояние при функционировании мембран в многокомпонентных системах
2.3. Измерения в потоке и принципы линейной неравновесной термодинамики.
2.4. Материальный баланс по алюминию и органическому лиганду при использовании мембранных систем в непрерывном потоке
2.5. Выводы, следующие из результатов моделирования.
ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Используемые реактивы и реагенты.
3.2. Приготовление растворов
3.2.1. Приготовление модельных растворов
3.3. Изготовление ПВХ мембранного модуля и схема установки
3.4. Определение времени отклика
3.5. Определение производительности метода
3.6. Основные характеристики системы
3.7. Определение предела обнаружения
3.8. Определение селективности
3.9. Фотометрический метод определения массовой концентрации алюминия
3 Обработка результатов.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МЕМБРАННЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ПОТОКА.
4.1. Выбор электродноактивного соединения
4.2. Определение оптимального раствора базовой линии
4.3. Исследование статистической и корреляционной зависимости
при функционировании мембран в условиях потока
4.4. Равновесные характеристики ионообменных мембранных
систем в условиях потока
4.5. Установление динамики потенциала ионоселективных
мембранных систем в условиях потока.
4.5.1. Организация гидродинамических условий
4.5.2. Время отклика мембранных систем и селективность.
4.5.3. Особенности стационарного состояния при детектировании алюминия.
4.5.4. Функциональные возможности ионоселективной мембранной системы на основе ализарина в условиях потока
4.6. Анализ электролитов гальванического производства
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.
ЛИТЕРАТУРА


Дальнейшее развитие мембранной технологии связано с реализацией интенсивных режимов массо- и электромассопереноса через мембраны. Только в этих условиях возможно создание мембранной технологии производства хлора и каустической соды, рекуперации водорода в агрегатах синтеза аммиака, в органическом синтезе и др. Это означает необходимость разработки адекватных подходов к описанию мембранных процессов в неравновесных и интенсивных режимах, когда требуется выходить за рамки обычно используемой термодинамики и развивать соответствующие модели для процессов мембранного транспорта. Существуют области, где мембранная технология вообще не имеет конкурентов. Здесь следует упомянуть аппарат «искусственная почка» [], изучение транспорта через селективные каналы биологических мембран [] создание сверхчистых веществ и зон в микроэлектронике [], выделение термолабильных биологически активных веществ и др. Создание мембранных слоев на поверхности чувствительных элементов позволяет существенно повысить селективность мембранных систем и мембранных технологий. Возможность использования мембранных материалов как активных элементов проточных измерительных систем уже давно привлекает внимание исследователей, поскольку для решения многих задач, в том числе экологического контроля требуются методики, обладающие экспрессностыо, селективностью и высокой степенью автоматизации и не вносящие изменений в изучаемую систему. В самых общих понятиях мембрана определяется как селективный барьер между двумя фазами, отличающимися физически или химически от фазы мембраны, причем термин «селективный» может относиться как к мембране, так и к мембранным процессам. Мембраной (от латинского «membrane» - пергамент) в физике принято называть эластичную двухмерную пластину []. Однако в химии и химической технологии под этим термином подразумевается материал, обычно в виде тонкого слоя, который играет роль фазы, разделяющей две другие объемные фазы. Если этот слой одинаково проницаем для всех компонентам примыкающих к нему фаз, то его единственным назначением является предотвращение быстрого перемешивания обеих фаз. Такую мембрану называют диафрагмой. Действительная мембрана должна обладать определенной селективностью к проникновению разных компонентов, основанной на ее различной проницаемости. Это и есть полупроницаемая мембрана. Мембрана, разделяющая два электролита и непроницаемая в одинаковой степени для всех ионов, называют электрохимическими мембранами. Именно такие мембраны рассматриваются в данной работе. Мембрана может быть толстой или тонкой, ее структура может быть гомогенной или гетерогенной, транспорт может быть активным или пассивным, пассивный транспорт может быть управляемым с помощью давления, концентрации или разности температур, мембраны могут быть природные и синтетические, а также нейтральные и заряженные. В общих чертах все мембраны классифицируются на два больших класса - природные и синтетические, как это показано на рисунке 1. Это самое ясное и в то же время очень существенное отличие, поскольку оба типа мембран принципиально отличаются и по структуре, и по функциям. Синтетические мембраны могут подразделяться на органические (полимерные или жидкие) и неорганические. Рис. Другой способ классификации мембран - по морфологии или по структуре - также очень наглядный, поскольку структура мембраны определяет ее применение []. В твердых синтетических мембранах можно выделить симметричные и несимметричные мембраны. Эти два класса могут подразделяться и дальше, как схематически показано на рисунке 1. Толщина симметричных мембран (пористых и непористых) лежит в пределах от до 0 мкм, причем сопротивление массопереносу определяется общей толщиной мембраны. Рис. По агрегатному состоянию мембраны, применяемые в электрохимии, могут быть твердыми, стеклообразными []. Для эффективного отделения фаз, которыми обычно бывают водные растворы, желательно, чтобы мембраны были непористыми и нерастворимыми в воде. Необходимую механическую устойчивость жидким или газообразным мембранам можно придать с помощью связующих материалов.