Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Заболоцкий В.И. -> "Перенос ионов в мембранах" -> 142

Перенос ионов в мембранах - Заболоцкий В.И.

Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах — М.: Наука, 1996. — 392 c.
ISBN 5-02-001677-2
Скачать (прямая ссылка): perenosionovvmembranah1996.djvu
Предыдущая << 1 .. 136 137 138 139 140 141 < 142 > 143 144 145 146 147 148 .. 180 >> Следующая

воды вблизи межфазной границы мембрана/раствор. Можно ожидать, что
абсолютный вклад гравитационной конвекции слабо зависит от скорости
течения жидкости в канале. Однако с ростом скорости потока уменьшается
толщина диффузионного слоя и возрастают потоки ионов, поэтому
относительный вклад гравитационной конвекции должен при этом уменьшаться.
Таким образом, при электродиализе разбавленных растворов в узких
мембранных каналах трудно ожидать сильных эффектов, обусловленных
гравитационной конвекцией. Действительно, как видно из рис. 6.31,
вращение мембранного канала в поле тяжести Земли вызывает не более, чем
десятипроцентное изменение скорости массопереноса (в изученном мембранном
канале, содержащем раствор NaCl, концентрационный профиль несимметричен
(см. рис. 6.2)). Более сильные перепады концентрации и температуры должны
возникать вблизи катионообменной мембраны, тем более, что скорость
диссоциации воды возле этой мембраны меньше, чем возле анионообменной;
поэтому вклад гравитационной конвекции в массо-перенос (если он есть)
должен быть гораздо ощутимее, если катионообменная мембрана находится
внизу.
В то же время нельзя исключать роли гравитационной конвекции в каналах с
большим межмембранным расстоянием h (показатель степени у h в числе
Грасгофа равен 3!) или в ячейках с большим расстоянием между
поляризующими электродами и изучаемой мембраной. Гравитационная конвекция
может служить объяснением [8, 31] визуально обнаруженного конвективного
движения раствора электролита в электродиализной ячей-
334
MK-VO
* m-vo(tm)
Д MK-VffllMA-Vff
МЛ-VffI MK-V0 v
it,xr>A/"Z
Рис. 631. Зависимость парциальных потоков ионов Na+ через катионообменную
мембрану (а) и ионов СГ через анионообменную мембрану (6) от напряжения
на парной камере для каналов обессоливания, образованных мембранами МК-
40, МА-40 и сепаратором ОСТ 17-46-82 арт. 10к
Длина канала L = 10 см, высота h = 0,46 мм, скорость V = 4 см/с, CNaC1 =
0,002 моль/л при различных положениях мембранной системы относительно
поля гравитации Земли: зачерненные кружки - мембраны расположены
горизонтально, МА-40 - внизу; треугольники - мембраны расположены
вертикально; светлые кружки - МА-40 - горизонтально вверху (эксперимент
выполнен Н.Д. Письменской)
335
ке [8, 223]. При включении тока достаточно высокой плотности раствор
вблизи катионообменной мембраны как бы "вскипал", после чего это
конвективное вихревое движение распространялось вглубь камеры. Вблизи
анионообменной мембраны наблюдалось аналогичное явление, однако
выраженное гораздо слабее [8].
Гидродинамическая нестабильность в мембранных системах наблюдалась также
с помощью других методов: лазерной интерферометрии [31, 43],
электрохимических шумов [70, 223] и др. [224, 225].
6.93. Электроконвекция
Для возникновения электроконвекции в мембранной системе необходимы три
условия [19, 20, 35, 202]: 1) наличие достаточно большого
пространственного заряда; 2) локализация заряда в растворе на достаточном
удалении от поверхности мембраны; 3) неравномерное распределение
пространственного заряда.
Решение системы уравнений Нернста-Планка-Пуассона показало (см. раздел
6.8), что при превышении предельного тока в системе с концентрацией
раствора с0 < 10-3 моль/л в примембранном слое раствора возникает
пространственный заряд достаточно высокой плотности. Для количественной
оценки возможности возникновения электроконвекции можно использовать
критерий Грасгофа "электрического"
" h'F? Л3р ? 2h3c°RT
Gr,= f- = ¦ -2" =-------2Г~ ¦ (6.140)
pv pv pv 8
где F°e - максимальная объемная электрическая сила: ре - плотность
электрического заряда; Е - напряженность электрического поля; р -
плотность жидкости; с0 - концентрация электролита в ядре потока; 8 -
толщина диффузионного слоя. Оценка Fei представленная последним в цепочке
(6.140) выражением, следует из анализа решения уравнений Нернста-Планка-
Пуассона, предпринятого в разделе 6.8. Действительно, при / > /Пт в
электромиграционной зоне UF * D+c+(F/RT) • Е = (DJRTjpJZ; с другой
стороны, / ~ /цт = 2D+c°/r/8, откуда находим реЕ ~ 2c°RT/b. В интервале
плотностей тока от 1,1 /,im до 2/Ит значения числа Грасгофа
"электрического" находятся в интервале Grc = 106-108. Важной
особенностью, способствующей возникновению электроконвекции, является то,
что локальный максимум плотности заряда локализуется не на межфазной
границе, а на некотором удалении от нее (за пределами равновесной части
ДЭС), причем степень "вытеснения" пространственного заряда за пределы ДЭС
определяется величиной превышения тока над его предельным значением
07/|im); точка локального максимума плотности заряда находится на
расстоянии
/~(l-/|im/05 (6.141)
от поверхности мембраны (см. подраздел 6.8.4). Таким образом, в принципе
пространственный заряд является достаточным для возникновения
336
электроконвекции. Заметим также, что само по себе уменьшение эффективной
толщины диффузионного слоя за счет того, что пространственный заряд
Предыдущая << 1 .. 136 137 138 139 140 141 < 142 > 143 144 145 146 147 148 .. 180 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed