Концентрационные поля и явления переноса в электромембранных системах - Автореферат

бесплатно 0
4.5 131
Специфика создания концентрационных полей в электромембранной системе. Разработка подхода к определению коэффициентов молекулярной диффузии в мембранах, основанного на совместном применении методов лазерной интерферометрии и математического моделирования.


Аннотация к работе
Самым информативным in situ методом экспериментального исследования концентрационных полей в растворах является лазерная интерферометрия, что определило цели и задачи данной работы. Проведенные исследования были поддержаны грантами РФФИ по темам «Теоретическое и экспериментальное моделирование электродиализа» № 95-03-09613 (1995-1997 г.г.), «Нелинейные явления переноса в электромембранных системах» № 98-03-32194 (1998-2000 г.г.), «Теория электродиффузионного переноса ионов через мембранные системы с одновременным учетом пространственного заряда, диссоциации воды и электроконвекции» № 03-03-96643 (2003-2005 г.г.), «Кинетика и динамика процесса переноса ионов в электродиализе при высокоинтенсивных токовых режимах» № 06-03-96676 (2006-2008 г.г.). Локальный анализ диффузионных пограничных слоев и математическое описание стационарной одномерной диффузии при диализе с ионообменными мембранами, основанное на решении дифференциального уравнения стационарной диффузии в трехслойной мембранной системе, для установления факторов, обеспечивающих высокую интенсивность и селективность диффузионного транспорта неэлектролитов и амфолитов через ионообменные мембраны. Методами локально-распределительного анализа концентраций, измерения температуры и вольтамперометрии показано, что переход от стационарного состояния к автоколебательному режиму в ЭМС обусловлен возникновением термо-и электроконвективных течений на границе мембрана - раствор. · Установлен нестационарный характер диффузионного слоя у мембраны и уменьшение его толщины по мере роста плотности тока в результате возникающей на межфазных границах конвективной неустойчивости раствора при токах выше предельного диффузионного значения.Введение содержит обоснование актуальности проведенного исследования, цели и задачи работы, ее научную новизну, практическую значимость и положения, выносимые на защиту.Материал главы содержит анализ основных результатов теоретических и экспериментальных исследований конвективно-диффузионного переноса в электрохимических системах, теории диффузионного пограничного слоя, закономерности транспорта ионов через ионообменные мембраны при электродиализе. Рассмотрены краевые задачи, описывающие концентрационные поля и поля скоростей при электродиализе с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, дана оценка возможностей теоретического прогнозирования электромембранных процессов.В главе 2 приводятся основные физико-химические, равновесные и кинетические характеристики ионоселективных мембран и растворов, играющие существенную роль при формировании концентрационных полей, и методы исследования мембранных систем. Для исследований были взяты отечественные серийные гетерогенные катионообменные мембраны марки МК-40, МК-41, анионообменные мембраны марки МА-40, МА-41 производства ОАО «Щекиноазот» и растворы сильных, слабых электролитов, амфолитов (нейтральных ?-аминокислот), неэлектролитов (сахаридов и низших алифатических спиртов). Были применены перестраиваемый аргоновый лазер ЛГН-503 с длинами волн 457,9 и 514,5 нм, лазер непрерывного действия на парах кадмия с длиной волны 441,6 нм и гелий - неоновый лазер ЛГН-207В с длиной волны 632,8 нм. Изменение концентрации в диффузионном слое ?С, связанное с изменением показателя преломления раствора ?n, выражалось через относительное смещение интерференционных полос S: , (1) где l - толщина оптической ячейки по направлению прохождения света, ? - длина волны монохроматического источника света, ? - коэффициент чувствительности определения, который определялся при предварительной градуировке интерферометра. Для определения парциальных коэффициентов чувствительности в оптической ячейке без мембран пропускали стандартные растворы исследуемых веществ и измеряли относительные сдвиги полос при постоянной толщине оптической ячейки и заданной длине волны монохроматического источника.В главе 3 представлены результаты экспериментального измерения концентрационных полей при электродиализе в секции обессоливания при токах, не превышающих предельную диффузионную величину, в растворах сильных, слабых электролитов и амфолитов в условиях естественной и вынужденной конвекции; проведена проверка согласования полученных методом лазерной интерферометрии результатов с численными и аналитическими решениями известных электродиффузионных задач, описывающих корреляции параметров при электродиализе с ионообменными мембранами. Нелинейность концентрационных профилей заключалась в максимальном значении градиента концентрации на границе мембрана - раствор и постепенном его уменьшении до нуля в области, где концентрация раствора оставалась равна начальной (или постоянной). Несимметричность концентрационных профилей проявлялась в образовании большего градиента концентрации и, соответственно, скорости массопереноса, у мембраны с большей разностью чисел переноса противоионов в мембране и растворе. Были получены экспериментальные зависимости величин диффузионного пограничного слоя как функции скорости подачи раствора, координаты

План
Основное содержание работы
Заказать написание новой работы


Новые загруженные работы

Дисциплины научных работ



Хотите, перезвоним вам?