Ионообменные мембраны число переноса

Значение числа переноса определяемого иона в свободном растворе, необходимое для расчета числа переноса в мембране по формулам (2) и (3), берут из справочных таблиц (для С1-иона в 0,01 н, растворе КС1, = 0,504). В качестве мембран удобно использовать коллодиевые, керамические, целлофан, желатину (нанесенную на бумагу или ткань и дубленую раствором формалина), а также ионообменные мембраны. [c.209]

Способность изменять числа переноса характерна не только для гетерогенных капиллярных систем, но и для гомогенных мембран, изготовленных из ионообменных смол. В них электричество переносится практически целиком подвижными противоионами (rt+ i 1), тогда как фиксированные в матрице ионы (анионы— в нашем случае) не участвуют в переносе. В этих системах наблюдается также избыточная проводимость (обусловленная высокой концентрацией ионов), аналогичная Кз. Поскольку способность изменять кип приводит к следствиям, единым для обоих классов систем, мы объединим их в дальнейшем изложении общим термином мембраны . [c.237]

Применяемые в электрохимических измерениях мембраны могут принадлежать к различным типам. Некоторые из них сравнительно инертны, как, например, мембраны из ацетата целлюлозы или полимерных материалов. Ионообменные мембраны имеют заряженные группы, связанные с матрицей. Следовательно, они стремятся вытеснить ионы того же заряда, что и связанный. Так, в катионообменных смолах числа переноса анионов малы. Широко применяются мембраны из стекол, керамики, твердых электролитов и т.п. Интерес представляют жидкие мембраны, которые наиболее перспективны с точки зрения селективности и чувствительности электрохимических датчиков. Наконец, предметом обстоятельных исследований в последнее время стали биологические мембраны. [c.122]

Было найдено, что толстые мембраны с высокой плотностью ионообменных групп и низким содержанием воды обладают высокими числами переноса, низкими коэффициентами диффузии и низкими показателями электроосмотического переноса воды. [c.94]

В ионообменной мембране, погруженной в разбавленный раствор какого-либо электролита, практически единственными переносчиками тока служат противоионы. Ко-ионы, т. е. ионы, одноименные с фиксированными, присутствуют в незначительном количестве, и их вклад в общий перенос тока через мембрану невелик. Поэтому в разбавленных растворах число переноса противоионов через мембрану близко к единице. При прохождении постоянного тока через погруженную в раствор ионообменную мембрану концентрация электролита в диффузионном слое с одной стороны мембраны будет уменьшаться, а с другой — увеличиваться (рис. 345). Возникающая при этом концентрационная поляризация подобна той, которая имеет место на электродах. [c.469]

Мембраны могут принадлежать к четырем классам. Некоторые из них сравнительно инертны в электрическом отношении, как, например, мембраны из ацетата целлюлозы, используемые для опреснения воды за счет обратного осмоса. К этому же классу можно отнести пористый стеклянный диск. Ионообменные мембраны имеют заряженные группы, связанные с матрицей мембраны [13]. Следовательно, они стремятся вытеснить ионы того же заряда, что и связанный. Так, в катионообменных смолах числа переноса анионов малы. Такие мембраны используются для опреснения воды путем электродиализа. Третий класс содержит стекла, керамику и твердые электролиты [14, 15]. Стеклянная мембрана, в которой число переноса ионов водорода в области изменения химических потенциалов равно единице, применяется для создания электрода, который по существу обратим по ионам водорода, подобно водородному электроду. Такие электроды используются при измерении pH, поскольку они удобнее водородных электродов. Интересный класс составляют биологические мембраны [16, 17], которые стали предметом обстоятельных исследований того, как живые клетки транспортируют вещества и как они генерируют нервные импульсы. [c.163]

В статьях настоящего сборника описываются особенности непосредственного определения электрофизических параметров в широком диапазоне частот и температур и дается ряд конструктивных решений преобразователей-ячеек и их расчеты, даются рекомендации по использованию электрофизических методов в технике физико-химического контроля (в том числе промышленного), обсуждаются результаты испытания промышленного прибора для контроля влаги в жидком НР по электропроводности, контроля влаги в нефти и т. д. Одна из статей посвящена перспективам применения пневмо-ники в технике контроля и регулирования химико-технологических процессов. Кроме того, в сборнике опубликованы статьи, посвященные процессам переноса ионов из расплавленных солей через ионообменные мембраны (стекло) в вакууме и использованию этих процессов для получения чистых веществ и изучения электропроводности стекол, обусловленной движением щелочных ионов. [c.2]

В ионообменной мембране механизм переноса тока имеет ионный характер. Чем лучше мембрана, тем ближе число переноса катиона к единице. Электропроводимость ионообменных мембран сравнительно невелика и колеблется в зависимости от структуры и типа мембраны от 10 до 0,01 См/м, поэтому стремятся работать с мембранами малых толщин 0,1—0,2 мм. [c.172]

Мембраны обладают достаточно низким сопротивлением и высоким числом переноса (1н+ > 0,95), что позволяет рекомендовать их в электро-диализных процессах наряду с гетерогенными мембранами из ионообменных смол. [c.68]

Однако нахождение распределения ионов в мембране с помощью химического анализа является трудоемкой процедурой. С целью ее облегчения в работе [1] была предпринята попытка оценить распределение ионов в мембране и их числа переноса на основе легко доступных измерений ее электропроводности. Представление о гомогенной структуре ионообменного материала позволило авторам при расчетах использовать допущение об аддитивности электропроводности мембран в гетероионной форме и заменить отношения подвижностей противоионов отношениями электропроводностей. Использование модельных представлений о гомогенной структуре мембраны хотя и не дало точного совпадения расчетных и экспериментальных данных (рис. 1), но позво- [c.178]

К основным свойствам ионообменных мембран и процессам, происходящим с их участием, относят набухаемость, осмотический перенос, диффузию, селективность, мембранное равновесие, мембранные потенциалы, электрическую про--водимость и др. Так как ток переносится в электродиализных аппаратах потоком ионов, проводимость системы зависит от числа ионов в обрабатываемой воде, т. е. от нормальности раствора электролита. Если отношение плотности тока к нормальности будет чрезмерно большим, то не будет хватать ионов для переноса тока. Это явление наблюдается прежде всего на границах раздела мембраны с раствором в обессоливающих камерах и называется поляризацией или обеднением заряженного слоя. Поляризация — важнейший фактор, ограничивающий плотность тока, а следовательно, эффективность процесса. [c.20]

В электрохимии ионообменных материалов введено понятие об идеальной (совершенной) ионитовой мембране, изготовленной из структурно однородного ионообменного материала. Идеальная мембрана обладает униполярной проводимостью и пронш аема только для ионов одного знака заряда. Для идеально селективной мембраны числа переноса (доля тока, переносимого ионами данного вида), в фазе мембраны и во внешнем растворе электролита не отличаются одно от другого, поэтому их принимают равными единице. Следовательно, степень селективности идеальной мембраны также равна единице. [c.65]

Устойчивость неорганических ионообменникои к ионизирующим излучениям, естественно, вызвала интерес к исследованиям возможностей их применения в качестве селективных полупроницаемых мембран. Неорганические мембраны имели бы значительные преимущества по сравнению с мембранами из органических смол, например при использовании в топливных элементах, где ионообменные мембраны применяются для переноса ионов водорода. Неорганические мембраны можно было бы использовать при высоких температурах и с большей эффективностью, кроме того, фосфат циркония гидрофилен и обладает почти в три раза большим числом мест, свободных для сорбции ионов водорода по сравнению с обычными сульфозамещенными органическими смолами. [c.170]

Основным ограничением производительности электродиализных ахшаратов является концентрационная поляризация у поверхностей ионообменных мембран. Концентрационная поляризация возникает вследствие различия чисел переноса ионов в растворах и в ионообменных мембранах. При рассмотрении причин возникновения концентрационной поляризации вблизи анионообменной мембраны следует принять во внимание, что число переноса анионов в растворе меньше числа переноса в анионообменной мембране. Вследствие более низкого значения числа переноса в растворе количество о- -рицательных ионов, переносимых электрическим током через рас-ь-вор к поверхности анионообменной мембраны, недостаточно для восполнения числа отрицательных ионов, удаленных от этой поверхности и перенесенных через мембрану. Эта нехватка ионов приводит к снижению концентрации ионов в растворе вблизи поверхности мембраны, В конце концов в растворе устанавливается такой градиент концентра ции, при котором баланс ионов, необходимый для поддержания стационарных условий, обеспечивается диффузионным переносом, обусловленным градиентом концентрации. [c.18]

В ЭТОМ случае ему удалось наблюдать колебания, когда концентрации соли в растворах по обе стороны мембраны были одинаковыми. Помещая один из двух электродов, предназначенных для измерения электропроводности, непосредственно в слой ионообменной смолы и изменяя положение этого электрода, Теорелл обнаружил, что при прохождении постоянного тока в мембране устанавливался градиент концентраций. Возникновение такого градиента вызвано различием в, числах переноса ионов в мембране и растворе, в результате которого у одной поверхности мембраны концентрация противоионов убывает, у другой — растет. Теорелл постулировал, что колебания и в этом случае происходят вследствие искажения концентрационного профиля, если поток объема значителен, или вследствие релаксации, если поток объема близок нулю. Хотя при исследовании слоя ионообменной смолы явления могут быть в некоторой степени осложнены, следует считать, что они определяются теми же физическими причинами, что ив случае обычных мембран. Форгакс [63] обнаружил также колебания электрического потенциала при прохождении постоянного тока через ионообменные (катионо- и аниопообменные) мембраны и через гель агар-агара. [c.504]

В статьях сборника описываются особенности непосредственного определения электро-физических параметров в широком диапазоне частот и температур и дается ряд конструктивных решений преобразователей — ячеек и их расчеты, даются рекомендации по использованию электрофизических методов в технике физико-химического контроля (в том числе промышленного) обсужда10тся результаты испытания промышленного прибора для контроля влаги в жидком НР по электропроводности, контроля влаги в нефти и т. д. Кроме того, в сборнике опубликованы статьи, посвященные вопросам переноса ионов из расплавленных солей через ионообменные мембраны (стекло) в вакууме и использованию этих процессов для получевия чистых веществ. [c.151]

Ионообменные мембраны бывают катионитовые и анионито-вые. Первые представляют как бы неподвижный гигантский полианион с ионогенными группами кислотного характера и с подвижными противоионами — катионами, расположенными в диффузных слоях [3]. Вторые содержат ионогенные группы основного характера, а в диффузном слое находятся подвижные анио-ныг Идеальные мембраны с числами переноса по одному из ионов, равными единице, изготовить практически невозможно. Чем выше концентрация ионов в электролите, тем больше будет отличаться от единицы число переноса подвижного иона [99]. [c.65]

Селективная проницаемость ионообменных мембран по сравнению с удельной электропроводностью гораздо больше зависит от пористости полимерной матрицы и Меньше — от содержания функциональных групп. Поэтому в процессах уменьшения обменной емкости ионообменных мембран типа МКРП и Анкалит К-2 при нагревании в воде (при минимальных изменениях в полимерной матрице) числа переноса ионов через мембраны практически не изменялись [244]. В то же время разбухание полимерной матрицы мембраны (МПФС-26) или [c.211]

Селективность всех существующих ионитовых мембран отклоняется от селективности и других свойств идеальной (совершенной) ионообменной мембраны. Установлено, что гомогенные ионитовые мембраны, как правило, имеют более высокую селективную ионопроницаемость, чем гетерогенные мембраны. Чем выше обменная емкость ионита, из которого изготовлена мембрана, тем выше степень селективности мембраны. Улучшению селективности ионитовой мембраны способствует уменьшение степени набухаемости мембраны в растворе электролита. При уменьшении степени набухаемости материала мембраны возрастает число переноса ионов натрия через катионитовые мембраны. Поэтому совершенствование катионитовых мембран, применяемых для хлорных электролизеров, должно идти по пути резкого снижения их набухаемости. [c.65]

На практике чаще приходится иметь дело с системами, в которых ионообменные мембраны находятся в смешанных растворах солей. В этом случае поведение мембраны характеризуется тремя факторами — равновесным распределением ионов между ионитом и раствором, электропроводностью мембраны и числами переноса отдельных ионов. Каждое из указанных свойств системы мембрана — раствор может быть определено экспериментально независимо одно от другого. Однако методы определения равновесного состава мембран и чисел переноса очень трудоемки, тогда как измерения проводимости могут быть осуществлены быстро и надежно. Поэтому нахождение метода расчета двух первых характеристик по результатам оценки электропроводности представляло бы определенный практический интерес. Такой приближенный расчет можно осуществить, если допустить, что электропроводность мембраны в гетероионной форме хг аддитивно складывается из проводимостей гомоионных мембран и если пренебречь доннановской сорбцией электролита. Тогда выражение для эквивалентной доли компонента в мембране уг может быть представлено в виде [c.183]

Важная особенность ионообменных мембран — снижение величины проводимости при значительном повышении концентрации растворов. Анионы и катионы в порах электрически взаимодействуют с ионами электролита, образуя двойные электрические слои. При определенных (достаточно малых) концентрациях поры в мембранах заполнены только ионами, несущими заряд, противоположный фиксированным на стенках пор анионам и катионам. Ионы противоположного знака отсутствуют, а электрический контакт между растворами происходит только за счет перемещени5Г ионов одного знака. При высоких концентрациях в полостях пор оказывается электронейтральная смесь катионов и анионов и мембрана становится простой диафрагмой, потенциал на которой определяется только различием в подвижностях ионов электролита [17]. Для учета влияния подвижности ионов в предыдущее выражение необходимо добавить множитель вида (тк—Та)г. где Тн и Та — числа переноса однозарядных катионов и анионов,, зависящие в общем случае от концентрации электролитов, контактирующих с мембраной, знака фиксированных ионов и структуры мембраны. Для катионообменной мембраны — в разбавленных растворах — Тк 1, Та- 0, для анионообменной — наоборот. Соответственно изменяется и знак разности потенциалов. [c.181]

Мак-Келви, Шпиглер и Уайли [35], работая также с радиоактивными индикаторами, предприняли интересную попытку устранить влияние на числа переноса электродных реакций. Определения проводились в ячейке из двух люси-товых камер с платиновыми электродами, калиброванными бюретками, термометром и приспособлением для отбора проб. Мембрана помещалась между двумя тонкими перфорированными дисками из люсита и зажималась в ячейке. Растворы перемешивались магнитными мешалками. Количество электричества измерялось серебряным кулометром. Изменения концентрации и влияние электродных реакций предотвращались добавкой в катодную и анодную камеры ионообменных смол, оказывающих буферное действие. [c.73]

До сих пор при обсуждении имеющегося экспериментального материала основное внимание было уделено проявлению в мембранном потенциале сопряженности потоков ионов и комплексона. Однако результаты, которые получены для фоновых мембран, не содержащих валиномицина, указывают на то, что изменения потенциала во времени связаны не только с перераспределением комплексона. Естественно предположить, что для фоновых мембран в области концентрированных растворов динамику потенциала определяют два ввда ионов, существенно преобладающих в мембране и С1 . Вопрос о причинах высокой катионной селективности мембран, не содержащих значительных количеств ионообменных центров, до настоящего времени остается дискуссионным. Низкая подвижность ионов С1 в мембране [б] может быть обусловлена как специфическим взаимодействием их с полимерной основой мембраны, так и образованием в мембране водных мицелл, поглощающих избыточное количество анионов. Мицеллы могут возникать при участии любых поверхностно-активных агентов, в том числе содержащихся в мембране комплексона и пластификатора, если молекулы последних именгг соответствующее строение. Если образование водных глицелл в мембране и проникновение в них ионных компонентов происходит с меньшей скоростью, чем поступление в мембрану электролита в первые моменты контакта ее с концентрированным раствором, то во времени потенциал электрода должен изменяться, поскольку по мере формирования мицелл должно уменьшаться относительное участие ионов, преимущественно поглощаемых мицеллами, в переносе электричества. Если таковыми являются анионы, то потенциал должен изменяться в направлении, соответствущем полной катионной функции. Шенно такое направление изменения потенциала наблюдалось в наших опытах для фоновых мембран при резком увеличении концентрации электролита в рас- [c.118]

Проведенное рассмотрение показывает, что неравновесная термодинамика является мощным инструментом исследования транспортных свойств ионообменных мембран. Основным достоинством этой науки является то, что она позволяет обозреть все явления переноса через мембрану с единых теоретических позиций и стать, таким образом, фундаментом, отталкиваясь от которого, можно проводить более детальное изучение свойств мембраны и мембранных систем. Важным преимуществом является простой математический аппарат, приводящий к линейным уравнениям со сравнительно небольшим числом феноменологических коэффициентов. Не совсем четкий смысл этих коэффициентов, особенно перекрестных, вполне компенсируется параллельным рассмотрением фрикционной модели, приводящей к идентичным уравнениям переноса. Анализ концентрационных зависимостей коэффициентов проводимостиу, сопротивления / ,у и фрикционных коэффициентов А2,ухарактере взаимодействий компонентов мембраны. Что касается количественных оценок с помощью данной модели, то здесь в последние годы достигнут заметный прогресс. Благодаря усилиям многих исследователей, в первую очередь Мирса и Наребской с сотрудниками, решена задача идентификации уравнений переноса ТНП определен набор экспериментов и разработаны методы их обработки, позволяющие численно определять феноменологические коэффициенты переноса в зависимости от концентрации внешнего раствора. Использование этих данных для расчета потоков частиц через мембрану при современном развитии вычислительной техники представляется уже несложной задачей, особенно если воспользоваться концепцией виртуального раствора. Использование этой концепции позволяет заменить при решении дифференциальных уравнений переноса зависимость феноменологических коэффициентов от координаты на их зависимость от концентрации. Необходимо обратить внимание на то, что использование концепции виртуального раствора позволяет существенно упростить постановку и решение сопряженных краевых задач, учитывающих одновременно транспорт ионов в мембране и омывающем ее растворе. Традиционным в такого рода задачах является запись уравнений Нернста-Планка в мембране и окружающих ее диффузионных слоях и в использовании в качестве условий сопряжений на границах мемфана/раствор соотношений Доннана отдельно для скачка потенциала и для скачка концентрации. Применение же уравнений переноса типа (2.123) или (2.151) и выражения (2.129) для градиента потенциала подразумевает использование в качестве условий сопряжения условия непрерывности концентрации и потенциала. Условие непрерывности электрохимического потенциала, лежащее в основе соотношений Доннана, выполняется при этом автоматически. [c.130]

В ранних работах описание концентрационной поляризации ионообменных мембран, по аналогии с кинетикой электродных процессов, ограничивалось выписыванием уравнений переноса Нернста-Планка в обессоливаемом диффузионном слое, принятии условия равновесия на границе с мембраной и использовании упрощенных уравнений переноса в мембране (однослойная или двуслойная модель) [71-76]. Имеется сравнительно небольшое число работ, развивающих трехслойную смешаннодиффузионную модель (система диффузионный слой I /мембрана/ диффузионный слой [c.272]