Введение к работе
Актуальность проблемы. Возрастающий дефицит пресной воды требует новых методов водоподготовки, характерными чертами которых должны быть экономическая эффективность и экологическая безопасность. Перспективным в этом отношении является электродиализ. Для оптимизации уже известных технологических решений, а также для создания новых электромембранных процессов необходимо всестороннее изучение явлений переноса в мембранных системах.
Процессы, протекающие на катионо- и анйонообмекной мембранах, образующих камеру электродиализного аппарата, оказывают взаимное влияние друг на друга. Для прогнозирования результата взаимного влияния мембран различных типов необходимо исследовать электрохимические характеристики отдельных мембран. Это позволит для каждого электродиализного процесса выбирать оптимальный набор мембран и режим работы. Для измерения чисел переноса через ионообменные мембраны используется, в основном, метод Гнтторфа и метод ЭДС Числа переноса, измеренные метолом ЭДС, характеризуют квазиравновесное состояние системы мембрана-раствор її не позволяют получать информацию, необходимую для практического проведения электроднализа в условиях протекания через мембрану электрического тока. Метод Гитторфа на практике используется' в различных модификациях. Совершенствование метода Гитторфа связано с преодолением Ьсновной 'леспериментальной проблемы - поиска вспомогательной перегородки с известным и строгр фиксированным числом переноса компонента (Т") для обеспечения возможкости расчета по измеренному ві'чоду по току (if) числа переноса компонента через исследуемую мембрану (Tj) : 7}=7 -Т. Во многих случаях электродиализ используется для
переработки многокомпоненгных растворов. В связи с этим возникает задача измерения чисел переноса компонентов через отдельную ионообменную мембрану,' находящуюся в контакте с многокомпонентным раствором. Используемые в настоящее время вспомогательные перегородки не позволяют исследовать многокомпонентные системы. Следовательно' поиск метода определения чисел переноса в многокомпонентной системе, т.е. модификация метода Гитторфа для исследования многокомпонентных систем, является актуальной задачей
Целью настоящей работы является разработка метода определения эффективных или электромиграционных чисел переноса различных компонентов раствора через отдельную ионообменную мембрану, позволяющего исследовать многокомпонентные системы; теоретическое обоснование и экспериментальная проверка разработанного метода; использование данного метода для проверки модели электродиффузионного переноса 4-х сортов ионов через модифицированную мембрану и сравнения селективных свойств катионообменной немодифициро-ванной мембраны МК-100 и модифицированной МК-100М.
Научная новизна.
Предложен новый метод определения чисел переноса ионов через отдельную ионообменную мембрану как из однокомпонентных, так из многокомпонентных растворов, исключающий взаимное влияние мембран.
На основании исследования влияния состава раствора, принимающего ионы, на эффективные числа переноса ионов определен диапазон концентраций и плотностей тока, при которых числа переноса могут быть отнесены к отдающему раствору и мембране и не зависят от состава принимающего раствора.
Адекватность модели электродиффузионного переноса четырех хортов ионов через модифицированную мембрану показана в системах с различным соотношением ионов кальция и натрия.
» Проведено сравнение селективных свойств МК-100М и МК-100 в зависимости от тока при различных соотношениях кальция и натрия в исходном растворе и различных суммарных концентрациях раствора. Определена величина потенциального барьера, создаваемого модифицированным слоем мембраны.
Практическая значимость. Разработанный метод гидродинамической изоляции определения чисел переноса через ионообменную мембрану позволяет'модели-ровать и. исследовать в лабораторных условиях промышленные мембранные технологические процессы. Проведенное исследование степени влияния состава принимающего ионы растзора снимает ограничение при использовании предложенного метода, т.е. позволяет исследовать не только несимметричные системы (растворы по обе стороны исспедуемой мембрану разного состава), но и симметричные.
Разработанный метод определения чисел переноса через отдельную ионообменную мембрану является одной из аттестованных методик для комплексного исследования ионообменных материалов в независимой испытательной лаборатории "Ионит"; используется как лабораторная методика для спецкурса по "Электрохимии мембранных процессов".
Результаты, полученные при сравнении селективных свойств модифицированной и немодифицированной мембран в модельных рясгворах и водопроводной воде, позволят выбрать такие условия электродиализного процесса, при которых использование модифицированных мембран наиболее эффективно.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Новый метод определения эффективных или электромиграционных чисел переноса различных компонентов раствора через отдельную ионообменнуто мембрану.
-
Теоретическое обоснование разработанного метода.
-
Результаты экспериментальной проверки модели электродиффузионного переноса четырех сортов ионов через модифицированную мембрану в системах с различной суммарной концентрацией и соотношением ионов кальция и натрия.
4 Результаты сравнения селективных свойств немодифицированной катионооб-менной мембраны МК-100 и модифицированной МК-100М.
Апробацпп работы. Материалы диссертации докладывались на 8th Conference of young scientists on organic and bioorganic chemistry (Riga, 1991), 20-th International Conference on membrane electrochemistry "Ion-exchange membranes: from syntesis to application" (Anapa, 1994), VIII Всероссийской конференции "Физико-химические основы и практическое применение ионообменных процессов" (Воронеж, 1996), X Всероссийском совещании "Совершенствование технологии гальванических покрытий" (Киров, 1997), Third International Symposium "Euromembrane'97. Progress in Membrane Science and Technology" (Ur'versity of Twente. The Netherlands, 1997), Всероссийской конференции "Мембраны 98" (Москва, 1998), ежегодных семинарах по электрохимик ионитов и ионообменных мембран (Краснодар. 1989-1998).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 1 статья, б тезисов докладов.
Структура работы. Работа состоит из введения, _5_ глав, выводов, списка использованной литературы ( 153 наим. ). Работа изложена на 153 стр.. содержит _34, рисунка, 13 таблиц.
