Концентрационная поляризация при электродиализе

Концентрационная поляризация является серьезной помехой в электродиализе, так как проведение последнего при плотностях тока выше предельного значения приводит к снижению эффективности процесса за счет переноса ионов Н+ и ОН воды, изменению pH раствора в камерах и резкому снижению электропроводности. Все это ограничивает область применения электродиализа и повышает его стоимость. [c.83]

Основным ограничением производительности электродиализ-ных аппаратов является концентрационная поляризация на мембранах. Возникает она вследствие того, что числа переноса ионов через мембрану гораздо выше, чем в растворе. Иначе говоря, ионы проходят через мембрану быстрее, чем через раствор. Поэтому концентрация ионов у поверхности мембраны со стороны камеры обессоливания резко обеднена. С другой стороны мембраны ионы недостаточно быстро отводятся в глубь раствора, и у поверхности создается повышенная концентрация ионов. Поэтому в итоге устанавливается определенный поток ионов через мембрану, который регулируется диффузионными процессами доставки и отвода ионов. Концентрационная поляризация является причиной явления, при котором повышение плотности тока уже не приводит к интенсификации перехода ионов через мембрану. При предельной плотности тока концентрация ионов со стороны входа ионов в мембрану стремится к нулю и начинается перенос Н и ОН ионов, образующихся при диссоциации и электролизе воды, что нежелательно, так как это вызывает излишний расход энергии, изменяет pH воды и не приводит к изменению ее солесодержания. [c.137]

Применение синтетических ионообменных мембран в ряде промышленных процессов (при обессоливании методом электродиализа, в гидрометаллургии, производстве ядерного горючего) стимулировало изучение свойств этих мембран в различных направлениях. Процессы переноса через ионитовые мембраны в электрическом поле осложнены явлением концентрационной поляризации [1—9], которая проявляется в росте сопротивления мембраны и прилегающих слоев раствора с увеличением плотности тока [c.75]

Вторая часть сборника посвящается результатам изучения электрохимических свойств мембран и процесса переноса ионов через ионитовые мембраны на различных стадиях поляризации даются результаты исследования условий возникновения концентрационной поляризации на поверхности мембран, проницаемости ионообменных мембран кислородом, поведение амфотерных электролитов при электродиализе и пр. [c.4]

Основным недостатком электродиализа является концентрационная поляризация, приводящая к осаждению солей на поверхности мембран и снижению показателей очистки. [c.99]

VII.7. Концентрационная поляризация при электродиализе [c.413]

Уравнение Нернста-Планка является наиболее употребительным в теории и практике электромембранных процессов. При добавлении к нему необходимых дополнительных и граничных условий получаются весьма разнообразные краевые задачи, позволяющие количественно описать целый ряд явлений. Сравнительная простота исходного дифференциального >равнения позволяет с одной стороны учесть многочисленные побочные эффекты, сопровождающие электродиффузию через мембрану (возникновение в растворе диффузионных слоев (концентрационную поляризацию) [62-64], нарушение электронейтральности [65, 66] и диссоциацию молекул воды [67-69] на границе мембрана/раствор и др.), а с другой стороны -моделировать и оптимизировать такие процессы как электродиализное обессоливание [48, 70-72] и концентрирование [71, 7 ], а также разделение ионов в электродиализе [74, 75]. [c.101]

Васильева В.И. Концентрационная поляризация на границе с ионообменными мембранами при электродиализе Дис.. .. канд. хим. наук. Воронеж, 1991. 202 с. [c.382]

Прохождение постоянного тока через электрохимически активную (изменяющую числа переноса ионов п) диафрагму или мембрану, разделяющую два одинаковых раствора электролита, должно приводить к изменению его концентрации как внутри мембраны (в порах диафрагмы), так и в прилежащих слоях раствора. Исследование возникающих концентрационных профилей представляет несомненный интерес в связи с многочисленными приложениями электродиализ, электроосмотическое обезвоживание, электрохимическое закрепление грунтов, ионофорез лекарственных веществ, вызванная поляризация, аналитический метод определения чисел переноса ионов [1, 2]. [c.70]

Наложение давления на систему, где мембрана разделяет два раствора, также создает поле сил, порождающих потоки через мембрану. Силовое поле неизбежно вызывает поляризацию в высокодисперсных системах как электрическую (индуцированные диполи), так и концентрационную. Аналогично электродиализу, где поле порождает поток электричества (электрический ток), наложение давления создает поток массы жидкости (фильтраг(ию) и вызывает концентрационную поляризацию. Потенциал течения выравнивает ионные потоки противоионов и Кононов (стр. 201), но они отстают от потока растворителя, происходит задержка электролита перед входом в мембрану, разбавление на выходе, и профиль концентрации становится сходным с представленным на рис. ХП. 23, если внешнее поле отсутствует, а фильтрационный поток направлен справа налево. Явление задержки электролита при фильтрации через мембрану называется гиперфнльтра-цией или обратным осмосом (поскольку давление направлено навстречу возникающему осмотическому потоку) и приобретает огромное, все возрастающее значение для опреснения природных вод (см. гл. XVlH). [c.219]

Электрохимическая природа процессов обеднения переносом и электродиализа в ряде важных аспектов различается. В процессе обеднения переносом концентрационная поляризация вблизи поверхностей нейтральных мембран не возникает, тогда как в процессе обычного электродиализа она возникает у поверхностей анионообменных мембран. Благодаря отсутствию концентрационной поляризации предел1шая плотность тока в процессе обеднения переносом не достигается. Объясняется это тем, что предельная плотность тока в любом мембранном пакете почти всегда обусловлена характеристиками анионообменных, а не катионообменных мембран. Поляризация (и сопутствующие ей разложение воды и смещение pH ) вызывает сильную денатурацию протеина в сыворотке и усиление засорения поверхностей анионообменных мембран. Так как это явление в процессе обеднения переносом не возникает, срок службы мембран увеличивается, а процедура очистки пакета по сравнению с обычным электродиализом упрощается. Однако в процессе обеднения переносом эффективность тока не достигает таких высоких значений, какие возможны при электродиализе, так как одна из мембран по своей природе неселективна и катионы не отталкиваются. Поэтому катионы могут выделиться из сыворотки, пройти через концентрированный раствор и вновь попасть в сыворотку в следующей по направлению к катоду камере. Таким образом, через неселективную мембрану происходит конкурирующий перенос катионов в одном направлении и анионов в противоположном. [c.70]

Как указывалось ранее, процесс электродиализа не может протекать при произвольном значении плотности тока, поскольку при определенных условиях может возникнуть концентрационная поляризация. Однако из экономических сорбражений целесообразно проводить процесс при значительных плотностях тока (это уменьшает площадь мембран), поэтому описание явления поляризации, рассмотренного в п. 3 гл. I, представляется важнейшей задачей теории процесса электродиализа. [c.36]

Явление концентрационной поляризации, имеющее место на поверхностях раздела фаз ионоселективная мембрана — раствор, в значительной мерё ограничивает практическое применение метода электродиализа. Оно неизбежно существует при любой плотности тока, так как причина его возникновения — различие скоростей миграции ионов под действием электрического тока в фазе раствора и мембраны — является основным принципом электродиализа. Несоответствие скоростей приводит к тому, что в пограничных слоях растворов по обе стороны мембраны (рисунок) возникают изменения [c.194]

Обычно в практике электродиализа величина рабочей плотности тока опт определяется из условия получения пресной воды минимальной стоимости [4, 5]. Поэтому для предотвращения наступления предельных условий концентрационной поляризации, сопровождающихся рядом нежелательных вторичных эффектов, необходимо выбрать такие параметры электродиализных аппаратов, определяющие пред, нри которых вынолняется условие [c.197]

Количество ионов, перенесенных через мембрану, прямо пропорционально силе электрического тока / или плотности тока / Глав-ным недостатком электродиализа является концентрационная поляризация, которая Офаничивает плотность тока. Сила электрического тока [c.577]

Рассчитанные таким образом отношения подвижностей не сильно отличаются от значений, приведенных в табл. 2. Следовательно, в этой системе процессы переноса через гетерогенные мембраны, имеющие место при электродиализе, можно приблизительно рассчитать, исходя из подвижностей и равновесного распределения ионов, определенных в настоящей работе (хотя в практических условиях электродиализа явления значительно осложняются концентрационной поляризацией и благодаря возможному градиенту концентрации доннановски сорбированного электролита внутри мембраны). [c.186]

Количество ионов, перенесенных через мембрану, прямо пропорцио-наильно электрическому току I или плотности тока. Главным недостатком электродиализа является концентрационная поляризация, которая ограничивает плотность тока ( см. гл. VII). Электрический ток определяется выражением [c.372]

Рис. У11-15. Концентрационная поляризация при электродиализе в присутствии катионселективной мембраны.

Основные законы электродиализа были рассмотрены в гл. VI. Массоперенос заряженных молекул происходит при наложении движущей силы — разности потенциалов, причем положительно заряженные молекулы (катионы) движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы (анионы) — к аноду. Для иллюстрации явления концентрационной поляризации представим, что ионообменная мембрана помещена в раствор хлорида натрия и расположена между катодом и анодом. Катионселективные мембраны пропускают только катионы. При наложении на электроды постоянного напряжения ионы Ка" " движутся слева направо в направлении катода (рис. УП-15). Так как перенос иона через мембрану происходит быстрее, чем внутри пограничного слоя, наблюдается снижение концентрации на входе в мембрану, в то время как на выходе мембраны будет наблюдаться повышение концентрации. Вследствие градиента концентрации в пограничном слое возникает диффузионный поток. В условиях достижения стационарного состояния устанавливается определенный концентрационный профиль (рис. У11-15). [c.414]

Концентрационная поляризация и диффузионный слой играют очень важную роль в формировании свойств мембранной системы. Можно сказать, что, хотя свойства самой мембраны и являются основополагающими, знания этих свойств еще недостаточно для того, чтобы определить выходные характеристики всей системы и управлять ходом электромемб-ранного процесса. В первую очередь это является следствием того, что при достаточно высоких плотностях тока мембранный процесс лимитируется переносом ионов через диффузионный слой. В этих условиях не только суммарный скачок потенциала, но и такое свойство, как специфическая селективность по отношению к одному из сортов конкурирующих противоионов, определяется параметрами обессоливаемого диффузионного слоя. Параметры диффузионного слоя зависят от конструкции мембранного аппарата и от скорости прокачивания раствора. Таким образом, становятся более понятными пути совершенствования электромембранных аппаратов для этого требуются мембраны с заранее заданными свойствами и конструкции каналов, обеспечивающие оптимальные параметры диффузионного слоя. В большинстве случаев оптимальным будет диффузионный слой минимальной толщины, и здесь очень важной оказывается возможность воздействовать на диффузионный слой не только чисто гидродинамическими приемами, но и использовать для этого сопряженные эффекты, такие как гравитационная конвекция и электроконвекция. Отметим также, что конечный результат будет зависеть еще и от того, таким образом протекает эволюция порции раствора, движущейся по мембранному каналу, в частности, от того, каким образом будут воздействовать продукты электромембранных реакций на ход процесса (установлено [17, 218], например, что сдвиг pH в камере обессоливания отрицательно влияет на характеристики процесса обессоливания происходит снижение выхода по току из-за участия в переносе электричества продуктов диссоциации воды, кроме того, ионы воды вызывают эффект депрессии потока противоионов соли, противоположный эффекту экзальтации). Такого рода эффекты, проявляющиеся при движении раствора по длине мембранного канала, изучает динамика электродиализа, однако этот раздел мембранной электрохимии уже выходит за рамки данной книги. [c.347]

Как известно, градиенты концентраций возникают не только в среде мембраны, но и в растворе. Обычно их пытаются устранить, применяя интенсивное перемешивание. Однако последнее не захватывает нернстовский диффузионный слой и концентрационный градиент в нем не удается устранить. Естественно, что в таких случаях теория должна учитывать влияние примембранной пленки раствора. Для количественного рассмотрения явления необходимо знать толщину этой пленки, которую оценивают методами гидродинамики, измерением диффузии и потенциалов или непосредственно, определяя критическую плотность тока в поле высокой напряженности, т. е. работая в условиях, близких к поляризации. Но если для оценки толщины примембранной пленки раствора используется явление поляризации, то это крайне вредит всему процессу электродиализа. [c.21]

При точном определении расхода энергии для данного процесса электродиализа необходимо принимать во внимание электрическое сопротивление растворов, мембран и поляризацию. Величина последней зависит от потенциалов мембран, концентрационных цепей, которые могут образоваться в растворе, находящемся между мембранами, ввиду различия концентрации. Состав граничных слоев вокруг мембран оказывает большое влияние на потенциал поляризации. Значение pH этих граничных слоев часто совершенно отличается от значения pH в основном объеме раствора. Точное теоретическое определение расхода энергии является очень трудным. Вычисления на основе идеальных потенциалов мембран, учитывающие поляризацию, произведены для случая, когда дилюат и концентрат движутся в одном направлении с одинаковой линейной скоростью [751. В этом случае окончательные уравнения относительно просты. Определение бывает более сложным, когда линейная скорость потоков в двух разных отделениях неодинакова, как это обычно бывает на практике или когда потоки в отделениях для концентрата и дилюата движутся в противоположных направлениях. [c.151]