Электротранспортные свойства ионообменных мембран в зависимости от их структуры и состава равновесного раствора

• Автор: Карпенко, Лариса Васильевна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1 Л. История развития мембранной науки
1.2. Способы синтеза ионообменных мембран
1.3. Мембранная кондуктометрия
2. объекты и Методы исследования
2.1. Объекты исследования и методы определения физико-химических характеристик мембран ...37.
2. 2. Сравнительное изучение методов определения
удельной электропроводности ионообменных мембран
3. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН
РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНЫХ ТИПОВ
3.1. Исследование проводящих свойств мембран промышленного производства
3.2. Электротранспортные свойства полиариленсульфамндных мембран
4. ИОНООБМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ КАК ПЕРКОЛЯЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
5. ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ИОНООБМЕНЙЫХ МЕМБРАН
ОТ ПРИРОДЫ ЭЛЕКТРОЛИТА
5.1. Электропроводность ряда сульфокатионитовых
мембран в растворах соляной кислоты
5.2. Электропроводность мембраны МК-40 в смесях хлоридов щелочных металлов
с соляной кислотой
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Полимерные мембраны в настоящее время находят применение в ряде технологических процессов энерго- и ресурсо- сберегающих технологии и защиты окружающей среды. Анализ литературных данных, материалов международных и всероссийских конференций последних лет показывает, что к концу XX столетия мембранология стала одним из наиболее развитых и перспективных научных направлений. Синтез ионообменных мембран, обладающих высокой химической, механической и термической устойчивостью и хорошими электрохимическими характеристиками имеет большое значение для создания современной электромембранной технологии. Эффективность мембранных процессов, протекающих под действием электрического тока определяется комплексом свойств мембранных материалов. Для изготовления коммерческих ионообменных мембран используют два вида полимеров: сополимеры стирола и дивинилбензола (для процессов электродиализа) или сополимеры тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с сульфо- или карбоксильными группами на матрице (для процессов мембранного электролиза и топливных элементов). Интенсивное исследование перфторированных мембран Нафион торговой марки Дюпон де Немур (США), которое проводится в течение последних 15 лет во многих лабораториях мира, позволило выявить уникальные свойства и особый, кластерный характер структуры этих мембран, обеспечивающие практически безграничные возможности использования их и в промышленных аппаратах и в различных микрореакторах. Однако высокая стоимость мембран типа Нафион (800 $ за 1 м2) сдерживает их широкое применение в промышленности. В связи с этим в настоящее время ведутся поиски новых полимерных структур, подобных Нафион, но более доступных для применения.
В качестве новых материалов для заряженных мембран предложены пленки на основе полисульфона, полиэфирсульфона или полиэфирэфиркето-на, главным достоинством которых является сравнимая с Нафион химическая стабильность и возможность химического модифицирования матрицы. Полимерные пленки на основе сульфонатсодержащих ароматических полиамидов, а также ароматических полиимидов в настоящее время также исследуются как
возможные заменители полистирольных сополимеров в процессах электродиализа в связи с их высокой термостойкостью и специфической микроструктурой, обеспечивающей высокую селективность.
Расширение областей приложения электромембранных процессов тесно связано как с синтезом качественно новых ионообменных материалов, так и с исследованием транспортных свойств мембран в условиях реального процесса. В связи с этим особенно актуальным становится получение фундаментальной информации о взаимосвязи структуры и электротранспортных свойств мембран, которая позволит выбирать материалы или условия формования новых полимерных композиций с оптимальным набором характеристик. В последнее время Н.П.Гнусиным и сотрудниками кафедры физической химии показано, что для характеризации всего комплекса электротранспортных свойств мембран ключевое значение имеют концентрационные зависимости удельной электропроводности и диффузионной проницаемости. Исследование электро-диффузионных свойств является основой для решения задач электромассопе-реноса через структурно-неоднородную ионообменную мембрану с использованием транспортных уравнений Нернста-Планка. Показано, что развитие этих подходов открывает пути для тестирования и сертификации ионообменных мембран, а также анализа кинетических и динамических параметров работы электромембранных реакторов.
Экспериментальные данные о структуре и свойствам для одних и тех же образцов, полученные по результатам их тестирования, нуждаются в систематизации и обработке в рамках определенных теоретических концепций для выявления более узкого набора обобщенных параметров. Эти процедуры составляют основу характеризации мембранных материалов. Очень важным этапом, необходимым для выбора тех или иных мембран и оптимизации процесса, является сопоставительный анализ свойств мембран эталонного типа в стандартизированных условиях опыта и расчета с аналогичными характеристиками новых материалов. Эти проблемы являются актуальными для развития мембранной науки и технологии и определяют направление, в частности, французско-российского сотрудничества в области характеризации мембран и создания соответствующих норм и стандартов.

9. Применение концентрационных зависимостей электропроводности и диффузионной проницаемости для создания системы характеризации мембранного материала
Применение уравнений Нернста-Планка для решения электродиффузи-онных задач без привлечения модельных представлений о структуре материала мембраны на основе феноменологических представлений позволяет описывать процессы переноса для любых мембран [1], включая ионообменные.
В последнее время в работах Н.П.Гнусина и сотрудников кафедры физической химии КубГУ [27, 40-41] развиты модельные подходы, позволяющие выразить феноменологические коэффициенты в транспортных уравнениях Нернста-Планка через концентрационные зависимости удельной ЭП, диффузионного и электроосмотического потока. Этот подход открывает возможность более полного учета физико-химических свойств раствора. Знание феноменологических коэффициентов противоионов и Кононов дает возможность расчета чисел переноса ионов в широком диапазоне концентраций раствора, а также выявить роль растворителя через мембрану [41]. Показано, что данные по изучению концентрационных зависимостей ЭП разных ионообменных мембран и параллельное исследование концентрационных зависимостей диффузионной проницаемости для тех же образцов, в одном и том же диапазоне концентраций растворов ПаС1, может быть использованы в качестве экспериментальной базы для создания системы характеризации мембранного материала [27, 41].
На рис. 1.4 представлена схема, демонстрирующая разнообразие информации, которая может быть получена при исследовании удельной электропроводности мембран на переменном токе.