Мембраны с капиллярными порами

Приступая к выводу основных уравнений электрофореза и электроосмоса, рассмотрим две модели. Одна из них — пористая мембрана, насквозь пронизанная цилиндрическими капиллярными порами, другая — дисперсная система, содержащая длинные цилиндрические частицы, оси которых совпадают с направлением силовых линий электрического поля (рис. 37). Двойной электрический слой будем рассматривать как плоский конденсатор. [c.94]

Анализ спектров воды в ацетатцеллюлозных мембранах, полученных с применением ядерного магнитного резонанса, позволил сделать вывод о том, что подвижность связанной воды ограниченна, но она значительно выше, чем у чистого льда. Этим фактором можно полностью объяснить особенности поведения воды, находящейся в первой сольватной оболочке молекул полимера, образующих поры мембраны капиллярная вода легче удаляется из мембраны, чем связанная, так как энергия ее связи с полимером ничтожно мала. Это очень важно для объяснения селективности мембраны, поскольку связанная вода не может сольватировать ионы растворенных солей, а капиллярная в состоянии сольватировать эти ионы к увлекать их через мембрану. [c.110]

Приступая к выводу основных уравнений электрофореза и электроосмоса, рассмотрим две модели. Одна из них — пористая мембрана, насквозь пронизанная цилиндрическими капиллярными порами, другая —дисперсная система, содержащая длинные цилиндрические частицы, оси которых совпадают с направлением силовых линий электрического поля (рис. 48). Двойной электрический слой будем рассматривать как плоский конденсатор. Другие условия, которые должны выполняться в случае применения получаемых количественных соотношений а) размеры капилляров или частиц дисперсной фазы значительно превышают толщину двойного электрического слоя б) молекулы жидкости настолько прочно прилипают к поверхности, что их скольжение исключено в) заряды в системе переносятся жидкостью, содержащей ионы. [c.100]

Полагая, что пористая мембрана представлена капиллярными порами, можно оценить размеры пор на основе уравнения Хагена — Пуазейля, измеряя поток через мембрану при постоянном давлении [c.177]

Рис. 1.9 демонстрирует влияние капиллярного осмоса на течение растворов через обратноосмотические мембраны под действием перепада гидростатического давления АР. В этих опытах совместно проявляются оба эффекта обратный осмос и капиллярный осмос. Вследствие пониженной (из-за отрицательной адсорбции) концентрации раствора в порах при фильтрации возникает градиент концентрации раствора (обратный осмос) концентрация вытекающего раствора С/ ниже концентрации раствора Со, подаваемого на вход тонкопористой мембраны. Возникающая при этом разность концентраций АС вызывает капиллярно-осмотическое течение раствора, наклады- [c.25]

Пористые неорганические мембраны, как и адсорбенты, получают двумя основными путями, определяющими тип возникающей поровой структуры. Корпускулярный скелет пористого тела формируется из порошковой массы в результате спекания отдельных зерен (глобул) в месте контакта. При использовании частиц сферической формы возникающая поровая структура моделируется системой извилистых капиллярных каналов, площадь сечения которых периодически меняется от максимальной до минимальной. Таким путем создают пористые матрицы в форме дисков и трубок из металла, графита, кремнезема. Средний радиус пор в таких композициях колеблется в пределах 10- —10-5 м [1—5]. [c.38]

Транспорт компонента разделяемой газовой смеси через пористую основу мембраны осуществляется одновременно несколькими механизмами переноса, в зависимости от структуры матрицы, свойств веществ и термодинамических параметров процесса. В общем случае движение компонентов смеси может вызываться конвективно-фильтрационным переносом, различного вида скольжениями вдоль поверхности пор, объемной диффузией, баро- и термодиффузией, кнудсеновской диффузией (эффузией), поверхностной диффузией, пленочным течением вследствии градиента расклинивающего давления, капиллярным переносом конденсированной фазы в анизотропных структурах. Вещество в порах скелета мембраны, как показано ранее, может находиться в виде объемной газовой фазы, капиллярной жидкости и адсорбированной пленки. Для каждого из этих состояний возможно несколько механизмов переноса, взаимосвязанных между собой. Не все виды переноса равнозначны по своему вкладу в результирующий поток веществу, поэтому при вычислении коэффициента проницаемости необходимо определить условия, при которых те или иные формы движения вещества являются доминирующими [З, 9, 10, 14—16]. [c.54]

В процессе плазменного осаждения на поверхности подложки образуется полимерный слой, который заполняет поры. Это обусловливает изменение характера переноса воды через подложку от капиллярного потока в порах до диффузионного через непористую гомогенную мембрану. Возможны также случаи смешанного потока. Анализ свойств мембран, полученных путем плазменной полимеризации, показал [91], что при плазменном осаждении в течение 7 мин получаются мембраны диффузионного типа. Если же обработка проводилась в течение 4 или [c.79]

Капиллярно-фильтрационная модель механизма селективной проницаемости позволяет объяснить влияние внешних факторов на процесс разделения электролитов и водных растворов органических веществ и получить некоторые расчетные зависимости для определения основных характеристик процесса. Так, учет влияния концентрации электролита в исходном растворе на эффективность разделения обратным осмосом может быть проведен на основе представлений об определяющем влиянии гидратирующей способности ионов [116, 158, 163]. Согласно этим представлениям, чем выше гидратирующая способность ионов электролита, тем больше и прочнее гидратная оболочка ионов, что, в свою очередь, затрудняет их переход через поры мембраны. Поэтому в разбавленных растворах, когда сила связи ион — вода меняется незначительно, селективность остается практически постоянной (область И на рис. IV-18,б). С увеличением концентрации электролита эта связь ослабевает и селективность снижается. [c.204]

Приложение закона Пуазейля к капиллярным системам основано на предположении, что он применим не только к капиллярам макроскопических размеров, но и к капиллярам, радиус которых лежит в микроскопической и ультрамикроскопической области. Кроме того, так как действительная структура мембран неизвестна, то приходится, как уже упоминалось выще, вводить ряд определенных предположений о форме поперечного сечения пор и их расположении в мембране. Если предположить, что все поры мембраны цилиндрической формы с одинаковым поперечным сечением и расположены перпендикулярно поверхности мембраны, то для мембраны с площадью А см" м ) и числом пор п на 1 см (1 м ) объем жидкости (или газа) V, протекающий через мембрану, согласно закону Пуазейля [c.56]

Однако экспериментальное определение краевого угла для капиллярных систем весьма сложно, и формулой Кантора пользуются лишь в том случае, когда краевой угол равен нулю. Поэтому чрезвычайно важным является вопрос о выборе жидкости, наполняющей поры мембраны. При наполнении капилляров хорошо смачивающей их поверхность жидкостью последняя покрывает слоем стенки капилляра, и краевой угол 0 равен нулю. [c.67]

Явление поверхностной проводимости наблюдается в узких капиллярах и, особенно отчетливо, в капиллярных системах. Явление заключается в том, что раствор электролита, содержащийся в капилляре, или в порах мембраны, обладает большей удельной электропроводностью, нежели окружающий равновесный раствор. [c.213]

Для измерения удельной электропроводности раствора, содержащегося в порах X, необходимо знать постоянную сопротивления капиллярной системы Са = Ялу.. Величину Са можно определить, применяя раствор с известной величиной х. Таковым может быть раствор с высокой концентрацией электролита. В этих условиях Б порах мембраны ионы поверхностного слоя составляют незначительную долю от общего количества ионов и а следовательно, В качестве такого раствора, [c.216]

Понятием капиллярные системы объединяют капиллярно-пористые тела, мембраны, образованные в результате упаковки порошков и зерен, капиллярные блоки, горные породы, почвы и другие связнодисперсные системы, характеризующиеся твердым каркасом, пронизанным системой открытых пор, заполненных (частично или целиком) раствором электролита. Эти поры произвольной формы и структуры мы будем называть капиллярами. [c.209]

Поляризация на границах мембран с растворами (граничная поляризация), исследованная в работах Сидоровой и Фридрихсберга , играет больщую роль в электроосмосе, электродиализе и переносе ионов через капиллярные системы. Показано, кроме того, что диффузия электролита в процессе поляризации приводит к значительному увеличению концентрации его в порах ( отравлению мембраны) . [c.218]

Из косвенных методов наиболее распространены методы вдавливания ртути, полупроницаемой мембраны, центрифугирования, смеси-мого вытеснения, капиллярной конденсации, продавливания жидкости и др. Одним из наиболее точных косвенных методов является ртутная по-рометрия [30, 63, 84]. Для однородных структур твердых тел сходимость отдельных точек кривой распределениях объемов пор по их размерам составляет 2% [2]. Метод ртутной порометрии основан на свойстве ртути не смачивать поверхность твердых тел, определяя объем вошедшей в поры образца ртути в зависимости от приложенного давления. Методом ртутной порометрии можно определить размеры пор от 0,01 до 100 мкм. Метод нашел широкое применение для исследования пористой структуры адсорбентов. К достоинству метода можно отнести и быстроту проведения исследований (опыт занимает 30-40 мин). [c.68]

В лабораторной практике наиболее широкое распространение нашел метод полупроницаемой мембраны [15, 19, 76, 83], в котором распределение пор по размерам находят из соотношения капиллярное давление-насыщенность образца жидкостью. Метод отличается длительностью проведения опыта (порядка 20-25 сут) и ограничением измеряемых размеров пор исследуемого образца размерами пор полупроницаемой мембраны. При проведении исследований распределения пор по размерам методом полупроницаемой мембраны отмечается остающаяся на стенках поровых каналов пленка смачивающей жидкости [16, 30, 83], поэтому этот метод может быть использован для оценки влияния молекулярно-поверхностного взаимодействия насыщающей жидкости с материалом скелета пористой среды. [c.69]

Использование для неионных растворов макроскопической теории дисперсионных сил позволяет прогнозировать изменения концентрации растворов в тонких порах, а также направление и величину капиллярно-осмотического потока по уравнению (Х.27). Так, для мембраны из кварца и раствора октана в тетрадекане значение Ад в уравнении (Х.29)получено равным —0,056 кТ [17]. Этому значению отвечает понижение концентрации октана вблизи поверхностей щелевой поры примерно вдвое по сравнению с С . Полярность компонентов может быть в первом приближении охарактеризована величиной показателя преломления п 1 6. Для рассмотренной системы было соблюдено условие отрицательной адсорбции ПуШ П2 [c.298]

По капиллярно-фильтрационной модели селективной проницаемости на поверхности и внутри пор лиофильной мембраны (рис. 24-4), погруженной в раствор электролита, образуется поверхностный слой связанной воды толщиной /<.. Связанная вода имеет пониженную растворяющую способность, поэтому ее присутствие в порах мембраны-одна из основных причин того, что ионы (или [c.325]

Мембранная дистилляция протекает при наличии разности температур по разные стороны от микропористой мембраны. Жидкости не должны смачивать мембрану, а разность давлений по разные стороны от мембраны должна быть меньше капиллярного давления. В этом случае жидкость не заполняет поры мембраны, а через мембрану проходит только пар. Жидкость испаряется с той стороны мембраны, где температура более высокая, и пар конденсируется со стороны жидкости с более низкой температурой. Мембрана в процессе разделения непосредственно не участвует. Она играет роль барьера, разделяющего две жидкости. Селективность процесса определяется условиями равновесия в системе жидкость — пар. Процесс мембранной дистилляции применяется в основном к водным растворам, содержащим растворенные неорганические вещества. Однако данный метод может применяться и к водным растворам с низкими концентрациями летучих компонентов, например для разделения смеси вода— этиловый спирт. [c.33]

Высокая дисперсность и огромная поверхность характерны не только для множеств малых частиц, диспергированных в жидкой, твердой или газообразной средах (свободнодисперсные системы), но и для тел, пронизанных тончайшими порами. К этому, не менее значительному классу дисперсных систем (называемых связнодисперсными) относятся все капиллярно-пористые тела, а именно почвы, грунты, многие горные породы, поглотители (адсорбенты), катализаторы, спрессованные порошки и т. д. у активных углей, широко применяемых в качестве поглотителей, удельная поверхность достигает многих сотен и даже тысяч м /г. Предельное состояние этого класса дисперсных систем — мембраны , гели [c.7]

Раствор исследуемого вещества, так называемый внутренний раствор , с помощью мембраны отделяется при этом методе от чистого растворителя, или внешнего раствора . Происходит диффузия растворенных частиц сквозь мембрану в чистый растворитель. При этом допускается, что применяемая мембрана является достаточно проницаемой, т. е. что поры капиллярной системы обладают свойством беспрепятственно пропускать ионы. Путем постоянного перемешивания внутреннего и внешнего растворов стремятся, чтобы падение концентрации существовало только внутри мембраны. Объемы внутреннего и внешнего растворов относятся друг к другу примерно как 1 100, так что изменениями концентрации, происходящими во внешнем растворе в продолжение опыта, практически можно пренебречь. Так же, как при диффузионном методе, здесь вместо чистого растворителя применяют раствор постороннего электролита, концентрация которого по меньшей мере в 10 раз превышает концентрацию исследуемого вещества. [c.29]

При более узких порах и значительном протяжении норового пространства стенки пор и каналов могут уже оказывать в той или иной степени влияние на движение отдельных компонентов смеси и обусловливать ее разделение. Наконец, если поры применяемого материала настолько малы, что они сопоставимы с размерами молекул, то может происходить разделение смеси аналогичное тому, как действуют молекулярные сита. Этот вид разделения тесно связан с явлениями, описанными в предыдущей главе. Разница заключается в том, что в предыдущей главе о молекулярных ситах имеется в виду разделительное действие пористых кристаллов, применяемых в колоннах в виде порошков, зерен или таблеток, в данной же главе рассматривается разделительное действие сплошных мембран или пленок. Проникновение газов через мембраны и пленки с порами молекулярных размеров является в то же время диффузионным процессом. Во всех упомянутых случаях рассматривались капиллярные системы, в которых могут быть газовые потоки различных типов в зависимости от размеров отверстий (пор) и применяемых давлений. [c.200]

Гидрофобные мембраны стремятся оттолкнуть молекулы воды группы со средней полярностью (СООН, КНз, ОН, СНО) могут противодействовать тенденции молекул воды к связыванию, что приводит к разрущению групп молекул и способствует увеличению потока воды через мембрану. В гидрофильных мембранах (например, из ацетатов целлюлозы) значительная часть воды находится в связанном состоянии и не замерзает при охлаждении мембраны до — 80 °С. Подвижность этой воды ограничена, чем объясняется особенность поведения воды, находящейся в сольватной оболочке молекул полимера, образующих поры мембраны капиллярная вода легче удаляется из мембраны, чем связанная. Это очень важно для объяснения селективности мембраны, поскольку связанная вода не может сольватировать ионы растворенных солей, а капиллярная в состоянии сольватировать эти ионы и увлекать их через мембрану. Повыщая гидрофильность мембран с учетом особой роли воды как растворителя и проникающего через мембрану компонента раствора, можно увеличить селективность и проницаемость мембран. Повысить гидрофильность полимерных мембран можно путем увеличения числа гидрофильных и снижения числа гидрофобных групп в макромолекулах полимера, из которого получают мембрану. [c.324]

Изопористые мембраны. Примером изонористых мембран, содержащих многочисленные цилиндирческие капиллярные поры, является класс ионотропных гелевых мембран, приготовляемых из [c.35]

Современный электродиализный метод деминерализации представляет собой мембранный процесс, основанный на явлении переноса ионов электролита через селективные ионообменные мембраны под действием постоянного электрического тока. Мембраны представляют собой пленки ионообменного материала, содержащего ионообменные активные группы, диссоциирующие в воде, распределенные в очень тонких капиллярных порах, пронизывающих всю структуру мембраны. Размд) пор колеблется от 10 до 10 нм, поэтому ионообменные мембраны при обычных давлениях практически непроницаемы для воды. Известны ионообменные мембраны трех типов катионитовые, анионитовые и биполярные. [c.368]

Как видно из рис. 1.9, капиллярно-осмотическое торможение приводит к тому, что продолжение линейных участков зависимостей v AP) не проходит через нача.по координат и отсекает на оси давления отрезок, численно равный так. называемому динамическому осмотическому давлению Ал. Для полупроницаемых мембран, когда в порах находится только растворитель (С = 0), Ап = Апо = ЯТАС. В случае обратноосмотических мембран, в поры которых растворенное вещество проникает (СфО), Ал = аАпо. В первом приближении а=ф <1, где ф=1— — (С//Со) — коэффициент селективности мембраны. Давление Ап является динамическим в том смысле, что оно возникает только при течении раствора. В отсутствие течения, разность концентраций снимается диффузией растворенного вещества через поры мембраны. [c.26]

На рис. 2.1 в качестве примера показаны интегральная /(г) и дифференциальная fv(f) кривые распределения пор по эффективным радиусам г для тела с непрерывным спектром пор от Гт1п до Гтах И резко выраженным максимумом при г = 25 А. Такова модельная структура, характерная для пористых стекол. Рис. 2.2 дает представление о функции [(г) в трековых мембранах [8]. Интегральная кривая позволяет судить об изменении относительного объема пор (на единицу объема или массы пористой матрицы) дифференциальная кривая дает представление о количественном распределении пор определенного размера. Следует отметить, что структурные и дифференциальные кривые характеризуют не реальные полости матрицы мембраны, а их модельное представление в виде сфер, цилиндров и других геометрических форм. Методы получения функций распределения пор основаны на обработке изотерм сорбции в области капиллярной конденсации газа или на данных ртутной порометрни [1, 2]. [c.40]

Реальная структура пористой матрицы мембраны моделируется системой элементарных капилляров различной геометрической формы, в которых образуются мениски в виде сферы или цилиндра. Для сферы главные радиусы кривизны одинаковы Г = Г2 = г, для цилиндра один из главных радиусов стремится к бесконечности г - оо и поэтому капиллярные давления в порах сферической и цилиндрической форм равны соответственно 2ожг/г и ажт г. Капиллярный потенциал определяется соотношением [9] 1 [c.52]

Технология получения капиллярно-пористых стеклянных мембран складывается из нескольких последовательных операций формования капилляров из щелочеборсиликатного стекла и кислотной обработки, в процессе которой удаляется одна из составляющих стеклофаз, а оставшийся пористый каркас состоит в основном из ЗЮг. Путем вариации режимов термической и химической обработки можно получать мембраны различной пористой структуры с порами размером от 2,0 до 100 нм (1000 А). [c.74]

Электрокинетическими свойствами капиллярных систем называются свойства, которые проявляются как следствие наличия двойного электрического слоя ионов на границе раздела твердое тело — жидкость. К таким электрокинетическим свойствам капиллярных систем относятся электроки-нетический потенциал, поверхностная проводимость и изменение числа переноса ионов в порах капиллярной системы—мембраны. [c.204]

Среди электрокинетических свойств капиллярных систем — мембран. и диафрагм существенную роль играет изменение чисел переноса ионов в порах мембраны по сравнению со свободным раствором. Рассмотрим сущность данного явления. Представим себе капилляр в продольном разрезе, наполненный раствором электролита с двойным электрическим слоем ионов на внутренней поверхности, при отрицательном заряде стенки (рис. 86). В объеме АБВГ, где ионы сохраняют подвижность при наложении электрического поля, концентрация катионов больше, чем [c.205]

Вышеприведенные данные показывают, что при постановке опытов по злектроосмосу на различных капиллярных системах следует учитывать необходимость выполнения ряда условий гидродинамического характера в соединении с наложением электрического поля, обеспечивающих установление стационарного ламинарного потока жидкости через поры исследуемой системы. Эти основные условия могут быть прежде всего охарактеризованы тем минимальным соотношением длины и сечения капилляров, при котором устанавливается стационарное состояние электроосмотического потока по всему сечению и длине капилляров при данном градиенте потенциала. Это соотношение, естественно, соблюдается в обычных условиях опытов для таких тонкопористых объектов, как желатиновые, коллодиевые, целлофановые и подобные им мембраны. При переходе к более крупнопористым образцам капиллярных систем на это обстоятельство следует обращать серьезное внимание, так как при соотношении lid меньшем, чем указанные минимальные, получаются непостоянные, неопределенные значения электроосмотического переноса, или он может вообще отсутствовать. [c.68]

В научной и технической литературе пористые тела обозначаются часто как диафрагмы, или мембраны, причем под диафрагмами обычно подразумеваются относительно крупнопористые перегородки значительной толщины, обладающие известной жесткостью, тогда как термин мембраны относится преимущественно к эластичным, тонким пленкам с порами коллоидньпх и молекулярных размеров. Условность и различие в терминологии между отдельными исследователями дает нам основание употреблять эти термины как равнозначные. Однако, если скелет капиллярной системы является сплошным твердым телом, в этом случае капиллярные системы мы будем обозначать как жесткие . Когда же капиллярные системы образованы отдельными, соприкасающимися между собой частицами твердого тела, то они будут именоваться порошковыми системами. [c.144]

Экспериментальные исследования капиллярного осмоса [9] проводились на установке, устройство которой ясно из рис. Х.2. Мембрана 1 из пористого стекла (средний радиус пор г 10 мкм), разделяет объемы 2 я 3, где поддерживалась различная концентрация раствора. Шунтированием растворов трубкой 4 (с большим диффузионным сопротивлением) снимался конвективный перенос под действием разности давления. Перенос массы из одного объема в другой мог происходить только в результате диффузии через мембрану и капиллярно-осмотического течения, что и учитывается уравнением, (Х.19). Для измерения потока растворенного вещества была применена радиоиндикаторнаяметодика. Количество меченых молекул, перешедших из одного объема в другой, измерялось детектором р-излучения 5, установленным над поверхностью раствора с меньшей концентрацией. Перевод измеренных значений активности раствора I в концентрацию С осуществлялся на основе предварительной тарировки. [c.294]

Технология получения, например, капиллярно-пористых стеклянных мембран основана на формовании капилляров из щелочеборосиликатного стекла с последующей их кислотной обработкой, в процессе которой из стекломассы удаляется одна из составляющих. Изменяя режимы термической и химической обработки, можно получать мембраны различной пористой структуры с порами размером от 2,0 до 100 нм. [c.320]

Матричные электропиты и сепараторы.Растворы или ра плавы электролитов, находящиеся в порах матрицы (электр литоносителя), получили название матричных электролитов, качестве матрицы используются пористые диафрагмы на оси ве асбеста, оксида магния, алюмината лития, целлофана и д Роль капиллярной матрицы может выполнять и ионообменна мембрана, пропитанная раствором электролита. К матричны можно отнести и загущенные электролиты, состоящие из смес 52 [c.52]

Диффузия газов и паров через пористую мембрану в зависимости от размеров пор может происходить по типу свободной, кну дсеновской, поверхностной или твердотельной диффузии. Кроме того, определенную роль играют капиллярная конденсация пара и пленочное течение. Общее сопротивление массопередаче складывается из диффузионных сопротивлений пограничных слоев и диффузионного сопротивления собственно мембраны, которое, как правило, является определяющим. [c.538]