Мембраны диффузионный слой

В следующих разделах 6.4-6.7 мы сформулируем и проведем анализ решения задачи транспорта ионов в трехслойной системе диффузионный слой/мембрана/диффузионный слой. Основное внимание будет уделено влиянию концентрационной поляризации на концентрационные профили и селективность мембранной системы. Уравнения переноса записываются в форме уравнений Нернста-Планка, предполагается выполнение локального термодинамического равновесия и условия электронейтральности. [c.272]

Рис. 6.5. Схематическое изображение концентрационного профиля виртуального раствора в системе диффузионный слой 1/мембрана/диффузионный слой II

Рис. 6.7 Концентрационные профили виртуального раствора в системе диффузионный слой/мембрана/диффузионный слой при диффузии бинарного электролита в отсутствие электрического тока

Анализ соотношений для эксергетического к. п. д. и приведенных массообменных характеристик показывает, что эти величины оказываются функцией отношения (а не разности) давлений в напорном и дренажном каналах. Однако масштабный поток, согласно (7.59), непосредственно зависит именно от разности давлений (Р —Р"), коэффициента проницаемости и толщины диффузионного слоя мембраны. Следовательно, производительность мембранного модуля также окажется функцией этих характеристик мембраны и технологического режима. Повышение разности давлений при сохранении оптимального их отношения (е е ) позволит интенсифицировать мембранное разделение при сохранении максимума энергетической эффективности. Разумеется, этот путь интенсификации ограничен возрастающим негативным влиянием внешнедиффузионного сопротивления массообмену (см. гл. 4). Далее будет дана оценка потерь эксергии в результате этого влияния. [c.248]

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]

В результате перехода некоторой части катионов М+ через мембрану образуются противоположно заряженные диффузионные слои по обе стороны мембраны и возникает разность потенциалов (рмБ, называемая мембранным потенциалом. [c.237]

Стабильность аналитического сигнала при использовании электрода Кларка зависит от отношения PJL Поскольку диффузионный поток через мембрану должен быть постоянным, то натяжение мембраны и ее толщина не должны изменяться во времени последнее зависит от срока ее работы. Скорость отклика контролируется диффузией и зависит от толщины мембраны и слоя электро- [c.497]

Допущение 1 является обычным условием работы электродиализных аппаратов и не вносит ошибки в рассуждения. Допущение 2 введено для упрощения подсчета электрического сопротивления в -й точке потока. При соблюдении допущения 1 , а также при толщине диффузионного слоя 8 значительно меньшей, чем расстояние между мембранами, (1д(8 < с1д), допущение 2 не может внести сколько-нибудь заметной ошибки. Допущение 4 справедливо полностью лишь для прокладок с перемычками-турбу-лизаторами, расположенными перпендикулярно к направлению потока (прокладки лабиринтного типа, перфорирован-но-гофрированные сетки и т. п.), однако оно не вносит большой ошибки в рассмотрение процесса и при других типах прокладок или корпусных рамок. Допущение 6 справедливо для Р =1, однако, поскольку удельное электрическое сопротивление мембраны в соответствии с предложенной формулой в основном определяется постоянной К и членом 1/Сд, то при относительно малых значениях безразмерного [c.33]

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]

Рис. 345. Диффузионные слои у поверхности мембраны.

Главная особенность этих прибо рв — применение в, них поли мерных мембран (из полиэтилена или тефлона), через которые нро исходит избирательная диффузия растворенного кислорода к- индикаторному электроду. Проницаемость мембран для кислорода значительно больше, чем для других газов и ионов (восстанавли Бающихся при потенциале восстановления кислорода), и содержание этих веществ в сточных и природных водах значительно меньше содержания кислорода. Можно поэтому считать, что влИ яние ИХ на предельный диффузионный ток восстановления кислорода на катоде и на потенциал индикаторного электрода исключено, Кроме того, мембраны стабилизируют толщину диффузионного слоя кислорода, предохраняют поверхность электрода и электролит от загрязнения веществами, содержащимися в анализируемом растворе, и от протекания побочных химических и электрохимических реакций. [c.184]

Кроме того, мембраны стабилизуют толщину диффузионного слоя кислорода, предохраняют поверхность электрода и электролит от загрязнения веществами, содержащимися в анализируемом растворе, и от протекания побочных химических и электрохимических реакций. [c.54]

Ионный транспорт на стадиях 1, 4 и 5 лимитируется переносом в диффузионных слоях, граничащих с активным слоем мембраны. Определение профиля концентрации ионов в этих слоях сводится к решению системы уравнений конвективной электродиффузии ионов в поверхностном слое раствора смешанного электролита. Допустим, что свойства раствора не зависят от концентрации растворенных веществ и оиределяются их предельными значениями. [c.385]

Будем считать, что диффузионный слой имеет конечные размеры, а конвективный поток через этот слой направлен по нормали к его поверхности и приблизительно равен проницаемости мембраны по воде (м/с). Уравнения, которые используют для описания профиля изменения концентрации иона а диффузионном слое [9,10] [c.385]

Уравнение (1.1) — простейшая форма уравнения, описывающего поляризацию. Здесь не принят во внимание эффект диффузии электролита через мембрану. Толщина диффузионного слоя б является функцией только гидродинамических условий в рассматриваемой камере. Если известна толщина диффузионного слоя при определенных установившихся условиях в электродиализной аппаратуре, уравнение (1.1) дает возможность по общей концентрации С определить концентрацию С в непосредственной близости от каждой мембраны. Понижение концентрации в камерах обессоливания й повышение в рассольных камерах по сравнению со средней кон-. центрацией раствора могут вызвать следующие эффекты [c.18]

Наиболее точная стабилизация б достигается при использовании полимерных мембран для отделения индикаторного электрода от анализируемой фазы. В этом случае при неизменном во времени плотном прилегании индикаторного электрода к мембране и достаточно интенсивном перемещивании анализируемой фазы толщина диффузионного слоя постоянна и весь слой практически располагается в мембране. Толщина мембраны в этом случае равна б [6, 7]. [c.25]

Предельный диффузионный ток электрохимических реакций существенно зависит от режима перемешивания анализируемой фазы (см. разд. 1.1.5). Наиболее простой мерой для стабилизации режима перемешивания является строго постоянный расход анализируемого газа в случае подачи его непосредственно в электролит датчика. Такой метод стабилизации режима перемешивания использован в полярографическом датчике для определения водорода в газах [10]. Более совершенная стабилизация диффузионного слоя достигается при отделении индикаторного электрода от анализируемой фазы полимерной мембраной, как это сделано, например, при полярографическом определении водорода в жидкостях и газах [11]. При достижении некоторой скорости перемещения анализируемой фазы относительно мембраны достигается независимость значения от режима перемешивания. Эта минимальная скорость движения анализируемой фазы определяется сортом мембраны и ее толщиной, значение ее находят экспериментально. Стабилизация диффузионного слоя с использованием полимерных мембран подробно рассмотрена ниже (см. разд. УП, 3). [c.50]

Введение полимерной мембраны в электрохимическую систему существенно изменяет строение диффузионного слоя у поверхности индикаторного электрода (катода) (рис. УП-4). Толщина диффузионного слоя б в открытых электрохимических системах (рис. УП-4, а) значительно меньше, чем в закрытых мембраной системах при одинаковых скоростях движения анализируемой среды. Это объясняется тем, что в закрытых системах б увеличивается на толщину диффузионного слоя в мембране и на толщину зоны между мембраной и катодом. В этом случае суммарная толщина диффузионного слоя описывается выражением (рис. УП-4, б) [c.86]

Исследование профилей, возникающих внутри мембраны при различных соотношениях градиентов потенциала, концентрации и давления проведено в работах [3—6] и др. В этих работах, однако, не рассматривались концентрационные изменения в растворе, изученные электрохимиками при рассмотрении процессов разряда ионов на электроде, в частности в работах [7—10]. Отклонение потенциала электрода при прохождении тока от равновесного значения, называемое перенапряжением, обусловлено рядом причин и, в частности, концентрационной поляризацией, связанной с медленностью подвода реагирующих веществ к поверхности и с образованием в растворе диффузионного слоя с концентрацией, убывающей в направлении к электроду. [c.70]

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]

Определение интегрального коэффициента проницаемости асимметричных мембран замет о усложняется. Это обусловлено анизотропностью структуры пористой подложки и неопределенностью границы диффузионного слоя (фактически имеется не граница, а область перехода от сплошной матрицы мембраны к пористой). Расчет скорости массопереноса пористых сред анизотропной структуры основан на использовании дифференциальных функций распределения пор, зависящих от координаты [9]. Экспериментальная оценка этих функций трудоемка и ненадежна, поэтому опытные значения Л асимметричных мембран часто относят к условной толщине селективного слоя, полагая сопротивление массопереносу пористой основы пренеб- [c.84]

Наи большее промышленное применение для выделения водорода получили установки фирмы Монсанто , разработанные и внедренные в 70—80-х годах [30, 31, 33—35] на основе мембраниого модуля с полыми волокнами Призм (рис. 8.4). Мембрана, применяемая в этих модулях, представляет собой асимметричное полое волокно на основе полисульфона, на внешнюю поверхность которого нанесен тонкий диффузионный слой из пол1иорганосило1ксана, обладающего высокой газопроницаемостью, но сравнительно низкой селективностью. [c.277]

В работах М. Деламара и сотр. были изучены электрохимические неактивные пленки, имеющие структуру полифениленоксида. Эти пленки наносились на электрод методом электроинициированной полимеризации, толщина их колебалась от соответствующей одному монослою до нескольких десятков нанометров. В присутствии таких химически и электрохимически неактивных, проницаемых и изолирующих пленок изучались процессы стационарного массопереноса на вращающемся дисковом электроде. Если не рассматривать пленки как полупроницаемые мембраны, а полагать, что они модифицируют лншь диффузионный процесс, то соответствующие уравнения имеют формальное сходство с обычными соотношениями для массопереноса на вращающийся диск, в которых, однако, значение толщины диффузионного слоя заменяется суммой [c.141]

Ковалев И.В., Никоненко В.В., Письменская Н.Д. Структура диффузионного слоя в мембранной системе при электродиализе в запредельном режиме. Тез. докл. Всероссийской науч. конф. "Мембраны-2001", Москва, 2-5 октября, 2001 г. С. 180. [c.67]

Мембранные процессы разделения газовых смесей основаны на различной сиособности газов проникать через полупроницаемые перегородки - мембраны иод действием ие-ренада давления. Обычно, иолуироницаемая мембрана имеет асимметричную структуру. Верхний диффузионный слой является иолуироницаемой перегородкой и покоится иа пористой подложке, отвечающей за механические свойства мембраны. [c.488]

Проницаемость газов и паров через непористые полимерные мембраны складывается из последовательности элементарных актов диффузии (молекулярной или турбулентной) распределяемого вещества из ядра первой среды к поверхности мембраны, абсорбции его мембраной, диффузии в ней, десорбции и диффузии его от поверхности мембраны в ядро потока второй среды. При этом, в силу большого диффузионного сопротивления мембраны, диффузионными сопротивлениями пограничных слоев обычно можно пренебречь и считать концентрацию газа (пара) у поверхности мембраны равной концентрации в ядре потоков фаз. В этих условиях параметрами, определяющими процесс, являются характеристики изотермы сорбции—десорбции распределяемого вещества и коэффициент молекулярной диффузии его в полимере. Если коэффициент диффузии газа в мембране D = onst, изотерма сорбции— десорбции линейная, то коэффициент проницаемости можно выразить соотношением [c.538]

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]

На основе вышеизложенного на рис. 9 Яостроены кривые распределения концентрации в пограничном слое при критической плотности тока (1) и при плотности тока выше критической (2). Как видно, толщина пограничного слоя увеличивается при плотности тока выше критической. Если предположить, что ионная концентрация в пограничном слое мембраны изменяется линейно (см. рис. 8) и что существует диффузионный слой толщиной 8 , то между 8 и 8 установится следующая взаимосвязь [c.28]

Таким образом, задача настоящих исследований сводится к изучению влияния конструктивных параметров прокладки и скорости протекания на характер развития диффузионного слоя. Ранее высказывалось предположение о развитии диффузионного слоя по мере удаления потока от одной перемычки-турбулизатора. к другой. В соответствии с этим предлагается следующая схема развития диффузионного слоя на участке между двумя соседними (расположенными у одной мембраны) перемычками-турбулизаторами (рис. 12). Если высота перемычки Н больше толщины диффузионного слоя, непосредственно после перемычки-турбулизатора толщина диффузионного слоя 8 = 0. По мере удаления от указанной точки в направлении потока происходит развитие диффузионного слоя, толщина которого приобретает (при сравнительно небольших 1) максимальное значение в непосредственной близости к следующей перемычке. Если считать, что величина /С (отношение местной плотности тока к концентрации дилюата в этой точке) изменяется на рассматриваемом участке весьма незначительно, то начало развития поляризационного процесса должно быть в точке, где толщина диффузионного слоя максимальна, т. е. в непосредственной близости к следующей перемычке. [c.37]

Анализ этих дбух уравнений показывает, что на толщину диффузионного слоя в канале (или трубе) оказывают влияние скорость, высота канала и длина пути развития. Причем в зависимости от режима потока показатель степени у ско= рости может изменяться в пределах от 0,39 (для ламинарного режима) до 0,8 (для турбулентного режима). Далее приводится формула (44) связывающая критические условия массопереноса на границе раздела мембраны с раствором с конструктивными и скоростными параметрами процесса протекания жидкости. При рассмотрении условий протекания жидкости в электродиализной ячейке мы ограничились лищь рабочей зоной прокладки. [c.39]

Температура воды. Значение температуры исходной воды необходимо для расчета расхода энергии на обессоливание, который складывается из расхода на перенос солей через мембраны, преодоление электрического сопротивления мембран, дилюата, рассола и примембранных диффузионных слоев, а также на прокачку воды (раствора) через дилюатные и рассольные камеры аппарата. С повышением температуры снижается сопротивление мембран, дилюата и рассола, [c.83]

При плотности тока выше критической гидроксильные ионы, образовавшиеся у анионитовой мембраны, в результате усилившейся диссоциации проходят через нее в рассольную камеру. Ионы под действием электрического поля и гидродинамического перемешивания поступают в диффузионный слой у катионитовой мембраны. Вследствие высокой подвижности водородные ионы быстро проходят диффузионный слой, подавляя начавшуюся диссоциацию у катионитовой мембраны, т. е. сдвиг равневесия по реакции (189) происходит влево. Часть поступивших ионов Н" под действием электрического поля переходит в рассольную камеру. Но, вероятно, этого количества ионов Н" недостаточно для нейтрализации щелочности в рассольной камере к тому же часть водородных ионов увлекается потоком воды, движущимся вдоль мембран. Таким образом, в следующей единичной ячейке (по направлению потока) будет существовать избыток ионов Н" , создающих кислотную среду. Некоторый избыток ионов Н" в обессоленном потоке не способен подавить диссоциацию воды у анионитовой мембраны, так как на единичном элементе прокладки происходит частичное обессоливание и, следовательно, увеличение толщины диффу- [c.135]

Если рассмотренный механизм изменения pH раствора при работе аппарата справедлив, то можно ожидать, что при введении значительного количества ионов Н в исходный раствор произойдет сдвиг гтредполагаемой границы диссоциации воды в сторону катионитовой мемраны. В этом случае будет наблюдаться подавление диссоциации в диффузионном слое, прилежащем к анионитовой мембране, и, наоборот, усиление ее у катионитовой мембраны, что будет проявляться в относительном подщелачивании обессоленного раствора и подкислении рассола. Такое же действие окажет, по-видимому, подщелачивание исходного раствора. [c.136]

Прежде всего это касается формования тонких пленок полимера на поверхности жидкости [46] с последующим нанесением их на пористые основы. Способ позволяет получать тонкие покрытия вплоть до мономолекулярных слоев [47]. Сущность метода заключается в том, что раствор полимера наносят на поверхность инертной, не смешивающейся с раствором жидкости, имеющей более высокую плотность, чем плотность раствора полимера. В результате растекания раствора на поверхности жидкости и испарения растворителя формуется тонкая пленка. Если под такую пленку подвести пористую подложку и с ее помощью вытянуть пленку, то после удаления инертной жидкости образуется мембрана с очень тонким активным слоем. Процесс нанесения тонких пленок на подложку может быть непрерывным [48]. В этом случае раствор полимера непрерывно стекает на поверхность жидкости по наклонной пластине, а образующаяся пленка вытягивается с поверхности раствора непрерывно движущейся пористой основой. Таким образом можно получать мембраны с толщиной диффузионного слоя от 0,5 до 5 нм. В качестве подложки используют материал с порами размером 50—200 нм. Активный слой можно изготавливать из различных полимеров, например полиакрилонитрила, полибутадиена, полисахаридов, галондпроизводных, силиконовых каучуков и др. [c.155]

Как раньше упоминалось, та кие системы, как изображенные на рис. 2.7, не находятся в рав новесии, если даже мембраны обладают идеальной селективностью, поскольку оба противоиона непрерывно обмениваются через мембрану. БИП поэтому не является равновесным потенциалом, а связан с динамикой обратимого процесса, как показали Скатгард и Хелф( )ерих [Н15, 59]. Поэтому при измерении БИП важно энергично перемешивать раствор для того, чтобы разбить диффузионный слой на поверхности мембраны. [c.82]

При концентрации ионов хлора (Со) 2,4 моль/ длг толщине пленки диффузионного слоя (б) 10 см критическая плотность тока достигает величины 4 а1дм . Следует ожидать, что при такой плотности тока перенос глицина через мембраны будет минимальным, так как ток через мембрану практически переносится ионами Н+ и ОП . Однако оказалось, что так процесс вести невозможно, поскольку при наложении высоких плотностей наблюдается сильный разогрев растворов в камерах, что приводит к быстрому изнашиванию и порче мембран. [c.254]