Синтетические ионообменные материалы - Зубаков Л.Б.
Скачать (прямая ссылка):
СВОЙСТВА ИОНИТОВЫХ МЕМБРАН И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Одним из важнейших свойств мембран является селективность. Она проявляется в том, что числа переноса ионов в мембране отличаются от чисел переноса тех же ионов в свободном растворе. Если числа переноса катионов в мембране выше, чем в окружающем растворе, то она будет катионоселективной (катионитовой); в обратном случае мембрана будет анионоселективной (анионитовой). Преимущественная проницаемость, например, ионов водорода через мембрану по сравнению с другими катионами свидетельствует об ее избирательности к этому иону.
Селективность ионитовых мембран может изменяться в широких пределах в зависимости от их физико-химических свойств. К основным свойствам мембран относят обменную емкость и влагосодержание. Обменная емкость мембраны выражается числом миллиэквивалентов противоиона, отнесенным к единице массы отмытой от адсорбированных веществ и высушенной мембраны в Н- или в ОН-форме, а влагосо-
141
держание — количеством воды в процентах от массы мембраны, обработанной таким же образом.
Если растворы электролитов разделены мембраной и имеется хотя бы один вид ионов, не способных проходить через мембрану, то концентрация обоих растворов электролита по обе стороны мембраны не выравнивается. Разность потенциалов, возникающая на границе поверхность мембраны — раствор электролита, называется потенциалом Доннана.
Физические причины возникновения доннановского потенциала легко объяснимы. Концентрация катионов в катионитовой мембране больше, чем в окружающих мембрану растворах, а концентрация анионов, напротив, больше в растворе, чем в мембране. Это приводит к диффузии катионов из мембраны в раствор и анионов из раствора в мембрану, в результате чего возникает электрическое поле, противодействующее стремлению ионов выравнять концентрации путем диффузии. Между растворами и мембраной устанавливается равновесие: электрическое поле, поддерживающее это равновесие, измеряется величиной доннановского потенциала. Таким образом, мембранный потенциал рассматривается в виде суммы двух донна-новских потенциалов, возникающих на границе раздела мембрана — первый раствор и мембрана — второй раствор, и диффузионного потенциала, возникающего вследствие градиента концентрации по толщине мембраны. Перенос электрического тока в мембране осуществляется в основном в результате движения ионов только одного знака заряда, а именно противоионов. Это свойство мембраны и делает ее электрохимически активной.
Электропроводность мембраны зависит от концентрации фиксированных в ней зарядов, т. е. от ее обменной емкости. На электропроводность мембраны влияет также степень взаимодействия между фиксированными зарядами и противоионами, следствием которого является иногда образование ионных пар, прочно связывающих противоионы, а значит, и уменьшение числа противоионов в мембране. Существенное влияние на электропроводность оказывает физическая структура мембраны (однородность, степень пористости). Основные показатели некоторых ионообменных
142
мембран приведены ниже:
Степень набухания, % Обменная емкость влажной мембраны, мг-экв/г . . . Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом • м Разрушающее напряжение при растяжении, МПа . . .
М.К-40
Сильнокислотный катионит, получаемый сульфированием сополимера стирола с дивинилбензолом
20
2,5-2,7
2,5
12,2
МА-10 Сильпоосиовный анионит, получаемы?, амииированнем хлор-метилированного сополимера стирола с дивинилбензолом
"15
1,4
2,5-3,0
4,1
Электропроводность мембран резко снижается с увеличением валентности противоиона и меньше с увеличением степени гидратации противоиона. По электропроводности солевые формы мембраны МК-40 можно расположить в ряд:
> RNaNaOH > R'4JaNaCI > ^2^Ъ\3С)2 > ^2СаСаС12
При увеличении концентрации растворов электролитов электропроводность мембран увеличивается. Максимум электропроводности мембран в растворах сульфатов и хлоридов приходится на 1 н. и 2—3 н. концентрации соответственно. При дальнейшем повышении концентрации растворов электропроводность мембран практически не меняется или незначительно уменьшается. Электропроводность мембран МА-43Л возрастает с увеличением концентрации раствора электролита.
При повышении температуры (от 10 до 70 °С) электропроводность мембран МК-40 и МА-40 увеличивается в 4,5—5,5 и 3,9—4,6 раза соответственно. Энергия активации, вычисленная по электропроводности мембран МК-40 и МА-40 при 0°С, составляет 16,8 — 25,2 кДж/моль.
Мембраны МК-40 химически устойчивы в растворах едкого натра до 32%-ной концентрации, в растворах соляной, серной, азотной и хромовой кислот с концентрацией не выше 5%. Действие на МК-40 раство-
143
Таблица 11.6. Свойства ионнтавых мембран, армированных различными синтетическими тканями
<
<
%
lO
О
о”
<м
rf
см
о-
ci
ю
<6
о 1C О
О С-
(N (N
00л h-
1C
(N (N сч
1C
о“
fN О
CD СО rf
СО см со
сч
со
ю со о
о со
сО со <N
56207 - 36,6 28,4 2,89 86
24262 3,3 1 42,0 37,9 2,20 1 97
CD СО
CI h- 00 СО 00
rt* СО сч
<и
>>
VO
Я О О- cd С2
