Введение к работе
Актуальность работы.Широкое использование мембранной технологии
для получения деионизованной воды, для
очистки сточных вод и технологических растворов химической и металлургической промышленности, содержащих ионы переходных металлов, синтез кислот и щелочей из солей, очистка воздуха от кислых и основных газов выдвинули в настоящее время на одно из центральных мест в электрохимии мембран проблему диссоциации молекул воды.
Диссоциация молекул воды происходит на границе ионообменная мембрана/раствор электролита и проявляется в изменении рН растворов, находящихся около мембраны. Исследование этого явления Имеет как теоретический, так и прикладной аспекты. Исследование механизмов и кинетики процессов, протекающих на границе раздела фаз ионообменная мембрана/раствор электролита, играет важную роль в развитии теоретических представлений о механизме массопереноса в проводниках второго рода. Закономерности функционирования мембранных систем могут быть использованы для интерпретации явлений, наблюдаемых в живых организмах с участием биологических мембран. Особенно важное значение при этом приобретает рассмотрение элементарных процессов, протекающих на межфазной границе мембрана-раствор в водной среде и с участием каталитически-активных центров различной природы.
С точки зрения практики знание механизма и кинетики реакции диссоциации в мембранных системах позволит создать новые ионообменные мембраны с улучшенными электрохимическими характеристиками: низким электрическим сопротивлением, высоким выходом по току ионов водорода и гидроксила, оценить перспективы использования ионообменных мембран различной природы в электромембранных процессах. Без комплексного исследования поведения мембранных систем, содержащих ионы переходных металлов, в электрическом поле невозможно решение проблемы безотходной очистки сточных вод электрохимических и гидрометаллургических производств.
Таким образом, исследование явления диссоциации воды в мембранных системах с целью установления его механизма и
факторов, влияющих на его интенсивность, является актуальной задачей как с точки зрения теории так и практики.
Целью работы является исследование механизма и кинетики
диссоциации воды в следующих системах с ионообменными
мембранами: содержащими ионогенные группы различной природы; анионообменными мембранами МА-40, МА-4І, ионогенные группы которых образуют с ионами переходных металлов Си**, Fe , Со , Ni комплексные соединения; катионообменными мембранами МК-40, МК-41, на поверхность которых нанесены осадки нерастворимых гидроксидов Cu(0H)a , Fe(0H)5 , Со(0Н)г , Ni(0H^; с измененной геометрией поверхности.
Научная новизна работы. На основании полученных в данной
работе концентрационных зависимостей
чисел переноса ионов электролита, водорода и гидроксила через ионообменные мембраны, содержащие различные ионогенные группы, показано, что в разбавленных растворах процесс диссоциации воды на катионообменных мембранах происходит столь же интенсивно, как и на анионообменных. Установлено, что в растворах электролита с концентрацией 0,001 и 0,01 г«экв/л наблюдается увеличение потока ионов соли за счет эффекта "экзальтации" предельного тока.
Впервые установлено, что ионы Cua* , Fe5* , входящие в состав анионообменных мембран МА-40 и МА-41, вызывают ускорение реакции диссоциации воды по каталитическому механизму. Катализатором реакции диссоциации выступают комплексные соединения ионов этих металлов с вторичными и третичными аминогруппами мембран. Установлено, что нерастворимые гидроксиды Си(0Н)г , Fe(0H)3 , Со(0Н)2 , Ni(0H)2 также увеличивают скорость диссоциации воды за счет своего участия в реакции. Приведены механизмы реакций и рассчитаны их константы скорости.
Практическая ценность работы. Результаты, полученные при
выполнении работы, могут быть
использованы при разработке электромембранных способов получения деионизованной воды из природной, для очистки сточных вод
электрохимических и гидрометаллургических производств, содержащих ионы переходных металлов, для разработки методов негидродинамической интенсификации массопереноса в мембранных системах за счет использования реакции диссоциации.
Предложены способы модификации ионообменных мембран, позволяющие увеличить выходы по току ионов водорода и гидроксила через катионообменные и анионосбменные мембраны. Для анионообменных мембран- введение в их состав ионов переходных металлов, для катионообменных мембран-осаждение на их поверхности нерастворимых гидроксидов металлов, а также нанесение на поверхность катионообменных и анионооо'менных мембран борозд. На способ модификации мембран путем нанесения борозд получен патент РФ (Пол.реш.N93009321/26). Технология модификации мембран передана для внедрения в промышленность инновационному предприятию "МембранНая технология" Российской академии технологических наук (акт N 38 ) и используется в производстве электромембранных аппаратов.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены
на международной конференции "Мембраны
и мембранное разделение" (г.Торун, Польша 1988г.), IV Всесоюзн. конф."Мембрано-сорбционные процессы разделения веществ и их применение в народном хозяйстве" (г.Батуми, 1988г.) Всесоюзном семинаре "Электрохимия-90" (г.Краснодар 1990г.), 7 Всесоюзной конференции "Иониты -91" (г.Воронеж 1991г.), Всесоюзный семинар "Электрохимия-92", "Электрохимия-93", "Электрохимия-94" (г.Краснодар).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, заключения, списка
литературы из 140 наименований. Работа иллюстрирована 33" рисунками и 2 таблицами и изложена на /35 страницах машинописного текста.
