Введение к работе
Актуальность проблемы. Рост промышленного производства приводит к увеличению загрязнения окружающей среды вследствие того, что сточные воды содержат органические, неорганические вещества н механические примеси в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые. Незамедлительного решения требует также проблема экономного расходования природной воды и запасов минерального сырья. Комплексное решение этих проблем может быть найдено на базе создания замкнутых по воде систем очистки. Одними из наиболее перспективных в этом отношении являются электромембранные методы очистки сточных вод. Для оптимизации уже известных технологических решений, а также для создания новых электромембранных процессов необходимо всестороннее изучение явлений переноса в мембранных системах. Имеется достаточно большое число работ, посвященных теоретическим и экспериментальным аспектам процесса деминерализации. В то же время предельное концентрирование электролитов исследовано в гораздо меньшей степени. Поэтому изучение электродиализного концентрирования является весьма важной и актуальной задачей как с теоретической, так и с практической точки зрения. Исследование влияния на процесс электродиализного концентрирования всех механизмов переноса соли и воды позволит создать более точную реальную картину процесса и, следовательно, оптимальным образом подобрать и организовать промышленную электродиализную технологию.
Диффузионная проницаемость заряженных мембран является одной из важнейших транспортных характеристик, определяющей снижение селективности переноса ионов через мембрану в процессах электродиализа и обратного осмоса, в особенности при концентрировании веществ. С другой стороны, так называемый "доннановский" диализ находит практическое применение для очистки и разделения различных растворов. Задача экспериментального определения диффузионного переноса вещества через ионообменные мембраны является актуальной
еще и потому, что экспериментальные данные по диффузионной проницаемости электролитов служат для проверки и идентификации структурно-кинетических моделей ионообменных мембран.
Целью настоящей работы является: экспериментальное и теоретическое исследование предельного электродиализного концентрирования и определение транспортных парамегроз ионообменных мембран в широком диапазоне концентраций растворов электролитов; выявление роли различных механизмов переноса соли и воды в непроточную камеру концентрирования электродиализатора-концентратора (ЭК); экспериментальное определение концентрационных зависимостей диффузионной проницаемости ионообменных мембран; расчет структурно-кинетических параметров ионообменных мембран на основе данных по диффузионному переносу соли; разработка технологических процессов на основе предельного электродиализного концентрирования.
Научная новизна. Предложена математическая модель процесса электродиализного концентрирования,. на основе которой рассчитаны транспортные характеристики (электромиграционный выход по току, диффузионная и осмотическая проницаемости мембранной пары, число гидратации соли) мембранной системы, представляющей собой непроточную камеру концентрирования, образованную из катионообмен-ной и анионообменной мембран. Впервые оценены вклады различных механизмов переноса ионов и воды в рассольную камеру на процесс электродиализного концентрирования. Показано, что предельная концентрация и производительность мембранной пары по соли определяется электромиграционным выходом по току, числом гидратации соли и осмотической проницаемостью мембран. Предложен способ определения количества молей воды, переносимых одним молем соли в процессе электродиализного концентрирования (суммарного числа гидратации соли).
Разработана новая методика экспериментального определения диффузионной проницаемости ионообменных мембран, позволяющая поддерживать постоянный градиент концентрации соли по обе стороны
исследуемой мембраны. Оігределеньї структурно-кинетические параметры ионообменных мембран.
Дзсюзерншзь полученных результатов обеспечивается использованием физически обоснованных математических моделей; применением для обработки экспериментальных данных и расчета ошибок аппарата математической статистики; совпадением численных значений рассчитанных параметров с результатами других авторов.
Пракгннесяая_Зна?шмос1Ь_рабогы. Определенные с помощью разви
той математической модели транспортные параметры мембранных пар
позволяют рассчитать эксплуатационные характеристики
(максимальную концентрацию и удельную производительность по соли) промышленных электродиализаторов-концентраторов, ориентированных на конкретный технологический пронесе.
На основе измеренных по разработанной методике концентрационных зависимостей диффузионной проницаемости мембран рассчитаны структурно-кинетические параметры (коэффициент диффузии коиона и геометрический параметр, характеризующий взаимное расположение микрофаз) ионообменных мембран, которые применяются при паспортизации мембран.
На основе предельного электродиализного концентрирования разработаны технологии регенерации воды в замкнутых системах жизнеобеспечения, а также в производстве гидроксида аллюминия, как фармацевтического препарата.
QcfflfflHbieJi«M02KSHHa^J5MiicsBMbjejBajiamHiy:
-
Математическая модель предельного электродиализного концентрирования.
-
Способ экспериментального определения транспортных параметров мембранных систем.
-
Метод определения коэффициента диффузионной проницаемости мембран, основанный на автоматическом поддержании постоянства состава раствора по обе стороны от исследуемой мембраны.
4. Технологии регенерации воды в замкнутых экологических системах и в производстве гидроксида алюминия, реализованные на основе предельного электродиализного концентрирования.
Anpnfagu» работы. Материалы диссертации докладывались на Краевой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Вопросы развития единой общегосударственной системы научно-технического творчества в крае" (Краснодар, 1988); 6-й Всесоюзной конференции "Применение ионообменных материалов в промышленности и аналитической химии" (Воронеж, 1991), ежегодных семинарах по электрохимии ионитов и ионообменных мембран (Краснодар, 1988-1996).
ПуДлтояпии. По материалам диссертации опубліковано 5 статей, 3 тезисов докладов, получено 1 авторское свидетельство на изобретение.
Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выво
дов, списка использованной литературы ( наим.) и приложений.
Работа изложена на '_. стр., содержит рисунков, таблиц.
