Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Заболоцкий В.И. -> "Перенос ионов в мембранах" -> 60

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 .. 54 55 56 57 58 59 < 60 > 61 62 63 64 65 66 .. 180 >> Следующая

границ. Речь идет по крайней мере о двух обстоятельствах. Во-первых, на
внешней поверхности мембраны может присутствовать очень тонкий, но
макроскопических размеров модифицированный слой, специально нанесенный
для создания сопротивления движению одному из ионов (см. также раздел
6.7) (именно в этом случае может реализоваться кинетика с граничным
контролем). Во-вторых, вследствие различия размеров внутренних пор и
внешних диффузионных "неперемешиваемых" слоев (размер пор -10 -103 нм,
толщина диффузионного слоя ~104-105 нм), степень концентрационной
поляризации этих слоев раствора существенно отличается. В частности, во
внешнем диффузионном слое при превышении так называемого "предельного"
тока, у поверхности мембраны появляется область пространственного заряда
толщиной, сопоставимой с толщиной диффузионного слоя [65, 66, 132, 135].
В силу малых размеров внутренних пор "предельное" состояние для них
недостижимо, поэтому потоки ионов достаточно высокой плотности будут
протекать в таких порах при относительно небольших концентрационных
изменениях. Отсюда следует, что на внутренних межфазных границах можно
ожидать гораздо меньшего отклонения от равновесия по сравнению с внешними
границами при одном и том же токе через мембрану.
Если предположить, что отклонение от локального равновесия на внутренних
межфазных границах все же имеется, то это может привести к двум
последствиям: появлению локальных потоков в направлении, нормальном к
транспортной оси (появится градиент электрохимического потенциала в этом
направлении) и к появлению зависимости коэффициентов проводимости от
приложенной силы, то есть к нарушению линейности уравнений (2.43).
Локальные потоки могут появиться, если не выполняется условие 6Д(<^с1Д(
(раздел 2.2), скажем, вследствие того, что гелевые участки не
уравновешены с раствором, заполняющим поры мембраны. Это возможно,
например, если мембрана была первоначально уравновешена с раствором
одного электролита, а затем ее поместили между двумя растворами разной
концентрации другого электролита. При
135
достаточно высокой пористости в мембране в этих условиях может
установиться квазистационарный концентрационный профиль по фазе раствора,
заполняющего поры, тогда как гелевые участки все еще будут содержать ионы
первого электролита. Предположим теперь, что условия эксперимента
подобраны так, что профиль концентрации в мембране по фазе раствора не
изменяется с увеличением приложенной силы (например, при измерении
электропроводности на переменном токе). Тогда нарушение локального
равновесия приведет к тому, что состав гелевой фазы будет зависеть от
величины приложенной силы и от времени (с ростом внешней силы обмен ионов
между гелевой фазой и внутренним раствором будет ускоряться), а значит
коэффициенты Lц будут зависеть не только от локальной концентрации
электролита во внутреннем (электронейтраль-ном) растворе в центральной
части крупных пор, но и от градиента электрохимического потенциала.
ГЛАВА 3
УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА, ОСНОВАННЫЕ НА МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯХ
В предыдущих разделах мы рассмотрели термодинамический подход к выводу
уравнений переноса. Этот подход позволяет получить уравнения с формально
введенными коэффициентами переноса. Для определения этих коэффициентов
необходимо либо проводить специальные эксперименты, либо использовать
другие теоретические подходы, чтобы связать их величины с параметрами
структуры ионообменного материала, со свойствами воды, фиксированных и
подвижных ионов, а также учесть характер взаимодействия всех частиц.
Экспериментальное определение коэффициентов переноса весьма трудоемко и
требует большого количества разноплановых измерений, выполняемых с
высокой точностью. Таким образом, установление общих закономерностей типа
структура-свойства с использованием аппарата ТНП и эксперимента является
весьма затруднительным. В то же время знание таких закономерностей
совершенно необходимо как для целенаправленного совершенствования
ионообменных материалов, так и для поиска их приложений.
Для решения этой задачи весьма полезным может оказаться описание переноса
частиц на микроуровне. Такое описание позволяет не только устанавливать
необходимые связи между микроскопическими и макроскопическими
характеристиками переноса, но и дает другое понимание явлениям переноса
вещества и заряда. Наконец, микроскопическое описание позволяет
установить, в рамках данного подхода, границы применимости
макроскопических уравнений переноса. В частности, в этом разделе будет
вновь выведено, теперь уже исходя из микроскопических представлений,
уравнение Нернста-Планка и будут обсуждены некоторые его ограничения.
3.1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
Наличие в ионитовых мембранах распределенных по объему фиксированных
ионогенных групп приводит к зависимости от координат потенциальной
энергии подвижных ионов. Минимальной энергией противоион обладает,
находясь непосредственно у ионогенной группы; коион, напротив, в этом
Предыдущая << 1 .. 54 55 56 57 58 59 < 60 > 61 62 63 64 65 66 .. 180 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed