Перенос ионов в мембранах - Заболоцкий В.И.
ISBN 5-02-001677-2
Скачать (прямая ссылка):
слоев у поверхности мембраны на концентрационные профили и селективность
переноса ионов в мембранных системах с бинарным и тернарным
электролитами.
В целом содержание книги относится к мембранной электрохимии -новой ветви
электрохимии, изучающей явления равновесия и электропереноса в мембранных
системах.
Материал изложен с учетом более чем двадцатилетнего опыта преподавания
мембранной электрохимии в Кубанском государственном университете в
качестве специального курса для студентов-химиков. Несомненное влияние на
содержание книги оказали также ежегодные всесоюзные и международные
семинары по мембранной электрохимии, организуемые Кубанским
госуниверситетом начиная с 1975 г. Исходя из этих двух посылок, авторы
пытались, очевидно не всегда удачно, совместить научную строгость и
полноту представления материала с доступностью изложения, позволяющей
рассматривать данную книгу в качестве учебного пособия для студентов. В
этом смысле по своему стилю книга, по-видимому, занимает промежуточное
положение между изданными в последние годы академическими монографиями
С.Ф. Тимашева [13] и С.С. Духина, М.П. Сидоровой и А.Э. Ярощука [18], с
одной стороны, и прекрасным обзором мембранных процессов, написанным Ж.-
П. Брюном [21] в педагогическом плане, с другой.
Авторы старались выдержать следующую логику изложения материала: основные
уравнения переноса выводились с позиций термодинамического (глава 2) и
микроскопического (глава 3) подходов с учетом структуры ионообменного
материала (глава 1). Затем на основе содержания глав 1-3 были
проанализированы структурно-кинетические модели мембран (глава 4), при
этом кратко перечислены свойства мембран и явления переноса и
закономерности, которые могут быть описаны в рамках той или иной модели.
Наконец, в главе 5 рассмотрены основные транспортные свойства мембран
(электропроводность, диффузионная проницаемость, селективность переноса
противоионов, перенос воды), причем экспериментальные закономерности
проанализированы в рамках той или иной структурно-кинетической модели.
Глава 6 посвящена учету влияния концентрационной поляризации мембран на
их транспортные характеристики.
Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам кафедры физической
химии Кубанского госуниверситета за помощь в подготовке рукописи, и в
особенности профессору Н.П. Гнусину за полезное обсуждение некоторых
проблем переноса в неоднородных средах; рецензентам профессору Ю.М.
Вольфковичу (Институт электрохимии им. А.Н. Фрум-кина Российской АН) и
профессору Е.П. Агееву (Московский государственный университет) за
неформальное отношение к рукописи; многим постоянным участникам
''джубгинских" семинаров за их роль в определении тематики и содержания
книги; профессору К. Ларше (Университет Париж 12- Валь-де-Марн) за помощь
в подготовке списка литературы; а также своим семьям за понимание и
долготерпение.
7
ГЛАВА 1
СТРУКТУРА ИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН. СОСТОЯНИЕ ИОНОВ И ВОДЫ
1.1. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН
В литературе известно большое число фактов, прямо или косвенно
свидетельствующих о том, что различные по природе ионообменные материалы,
включая так называемые гомогенные мембраны и гелевые иониты, являются
структурно неоднородными. В зависимости от способа и назначения
ионообменника в нем может преобладать тот или иной тип неоднородности:
химическая или физическая, макро- или микронеоднородность. В одних
случаях эта неоднородность специально формируется в процессе синтеза
(макропористые иониты, грануляты, гетерогенные мембраны), в других -
возникает самопроизвольно (изопористые, гелевые иониты, гомогенные
мембраны). Неоднородность ионитов оказывает существенное влияние на
многие физико-химические свойства ионообменных систем и их
эксплуатационные характеристики, а также на механизм транспортных
явлений.
1.1.1. Структурирование в сухих ионитах
Под сухим (воздушно-сухим) ионитом будем понимать ионообменник,
находящийся в равновесии с атмосферой воздуха. В этих условиях, как
свидетельствуют литературные данные [1-3], в иономере всегда присутствует
некоторое количество воды, например, для сульфокатионита это количество
составляет примерно 2 молекулы воды на одну ионогенную группу [2, 3], а
для перфторуглеродных мембран - 3% (масс.) [1] или примерно 2,5% от
возможного количества сорбированной воды [3]. Особенности структуры
сухого иономера определяются как условиями синтеза полимера, так и
перестройкой, обусловленной наличием ионогенных групп.
В процессе синтеза как полимеризационных, так и поликонденса-ционных
ионитов вначале в них образуются мелкие зародыши с большим числом
поперечных связей, которые затем срастаются, образуя "островную"
структуру [4, с. 115; 5]; при этом возможно также переплетение полимерных
цепей [6]. В результате в полимере образуется большое число разнообразных
по природе и по размерам дефектов, придающих ему структуру с различными
уровнями гетерогенности: от микронеоднородностей на уровне отдельных
