Расчет динамической обменной емкости мембраны МК-40 по катионам серебра и кобальта - Дипломная работа

Прогресс в развитии нанотехнологии и связанных с ней научных направлений в недалеком будущем сулит значительные возможности при применении достижений нанотехнологии в быту и промышленности. В пользу актуальности этого направления говорит то, что национальные программы по развитию нанотехнологии приняты в самых развитых странах мира (США, Японии, Европейских странах). Большая часть таких материалов является композитными материалами, содержащими наноразмерные частицы или наноструктуры (нанотрубки, нановолокна и т.д.) Часто наноразмерными частицами, включенными в композитный материал, являются частицы металлов.К ионообменным материалам относят высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат ионогенные группы, которые способны к диссоциации и обмену подвижных ионов на ионы других соединений в растворе. Ионообменные материалы можно разделить на три основных группы: нерастворимые иониты, ионитовые мембраны и растворимые полиэлектролиты. Ионообменные мембраны представляют собой пленки, состоящие из нерастворимого ионита или из инертного связующего и ионита. В случае отсутствия поперечных связей, линейные полимеры растворимы в воде, а при высоком их содержании ионит практически не способен набухать [2]. наноразмерная гетерогенная электропроводность металл В процессе установления осмотического равновесия в системе ионит - раствор поглощается дополнительное количество воды, которая образует вторичные и последующие гидратные оболочки ионов в фазе ионита, связанные с ионитами все более слабыми силами.Исследования гетерогенных мембран МК-40 и МА-40 методом АСМ показали, что доля полиэтилена на их поверхности составляет 72-83 %, при его объемной доле внутри мембраны 30-40 %. Таким образом, большая часть поверхности данных мембран экранирована полиэтиленовой матрицей, а частицы размолотого ионита занимают менее 1/3 поверхности мембраны, что объясняется выдавливанием более пластичного полиэтилена из объема гетерогенных мембран в процессе их прессования. Мембраны МК-40 и МА-40 выпускают в промышленном масштабе, остальные в виде опытно-промышленных партий. Поскольку катионообменные смолы химически более стойкие, чем анионитовые, то и мембраны, изготовленные на основе катионитов, отличаются большей стойкостью, чем мембраны на основе анионитов. По этой причине анодную камеру в электродиализаторах часто отделяют катионообменной мембраной МК-40, которая остается стойкой в 6 н. растворах соляной и серной кислот.Материалы последних международных конференций по мембранам - в Японии, Нидерландах, Канаде, Бельгии, России - показывают, что сейчас можно выделить четыре основные области применения мембран: 1. Процессы разделения веществ [14,15]: микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос, газоразделение, первапорация (испарение через мембрану), диализ и электродиализ. Разработано множество разных устройств, обеспечивающих хранение и доставку таких веществ по назначению: пропитка ими специально сформированных микропористых твердых тел; монолитное капсулирование полимерных растворов или расплавов; установка источника активных веществ за дозирующим устройством; использование механических устройств или осмотических насосов. На рис.2 представлены принципиальные схемы использования мембран в процессах электромембранной технологии (электродиализ, мембранный электролиз) и в электрохимических устройствах типа топливных элементов [17]. При всем многообразии практических приложений можно выделить два типа систем: электрохимические системы с мембранами, работающие во внешнем электрическом поле (рис.2, а - в); электрохимические системы с мембранами в условиях равновесия, являющиеся генераторами электрической разности потенциалов (рис.2, г).Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы, размерами от 1 до 1000 (свыше 100 нанометров наночастицами можно назвать их условно) нанометров обычно называют "наночастицами". Наночастицами принято называть твердофазные объекты, имеющие хотя бы один характерный размер в пределах от одного до ста нанометров. Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей.Возможность получать металлические или оксидные наночастицы в виде феррожидкостей и внедренных в "жесткие" матрицы, позволило обнаружить ряд необычных явлений: гигантское магнитосопротивление, аномально большой магнитокалорический эффект и др. Многие характерные особенности рассеяния света частицами удается проследить в рамках строгой теории, разработанной для сферических частиц английским ученым А. Сечение (и интенсивность) рассеяния в этом случае сильно зависит от r и от разности диэлектрических проницаемостей e и e0 вещества шара и окружающей среды: s l-4r6 (e - e0) (Рэлей, 1871). С

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Ионообменные материалы

1.1.1 Общие сведения

1.1.2 Классификация и строение ионообменных мембран

1.1.3 Применение ионообменных мембран

1.2 Наночастицы металлов

1.2.1 Общие сведения

1.2.2 Свойства металлических наночастиц

1.2.3 Методы получения металлических наночастиц

1.2.3.1 Общие методы синтеза металлических наночастиц

1.2.3.2 Синтез наночастиц металлов в ионообменных мембранах

1.2.3.3 Получение палладия в наноразмерной форме

2. Экспериментальная часть

2.1 Реактивы и материалы

2.2 Предварительная подготовка мембран

2.3 Определение полной обменной емкости исследуемых ионообменных материалов по катионам металлов

2.4 Получение композитных мембран МК-40/Ag и МК-40/Co

2.5 Получение композитных мембран МА-41/Pd

3. Результаты и обсуждение

3.1 Определение величин полной обменной емкости исследуемых мембран

3.2 Микроструктура и электронная проводимость мембран МК-40 с наноразмерными включениями серебра

3.3 Микроструктура и электронная проводимость мембран МК-40 с наноразмерными включениями кобальта

3.4 Микроструктура и электронная проводимость мембран МК-40 с наноразмерными включениями палладия

Выводы

Список используемой литературы

Прогресс в развитии нанотехнологии и связанных с ней научных направлений в недалеком будущем сулит значительные возможности при применении достижений нанотехнологии в быту и промышленности. В пользу актуальности этого направления говорит то, что национальные программы по развитию нанотехнологии приняты в самых развитых странах мира (США, Японии, Европейских странах). В перспективе возможно проектирование и создание принципиально новых наноразмерных механизмов, построение устройств на основе квантовых эффектов. Так в литературе широко обсуждается возможность создания квантовых компьютеров и наносборщиков, способных по атомам собирать необходимые материалы или устройства.

Проводятся исследования возможных путей создания наноматериалов с заданными свойствами. Большая часть таких материалов является композитными материалами, содержащими наноразмерные частицы или наноструктуры (нанотрубки, нановолокна и т.д.) Часто наноразмерными частицами, включенными в композитный материал, являются частицы металлов. Металлы в ультрадисперсном состоянии обнаруживают необычные свойства (например, повышенную твердость, полупроводниковую проводимость, высокую химическую активность), открывающие новые возможности для практического использования. Известно, что наночастицы металлов обладают высокой каталитической активностью в химических и фотографических процессах. Внедрение наночастиц металлов в полимерные пленки придает полимерным материалам ценные свойства для их использования в электронной и радиотехнической промышленности.

Целью данной работы было получение и исследование электропроводности композитных материалов на основе гетерогенных мембран с наноразмерными включениями металлов.