Введение
1. Концентрационная поляризация и сопряженпые эффекты в мембранных системах 19
1.1 Концентрационная поляризация в электродиализе 19
1.2 Основные уравнения, характеризующие конвективный массоиеренос 21
1.3 Описание переноса ионов с электродиффузионным контролем 25
1.3.1 Одномерные модели 26
1.3.2 Двумерные конвективно-диффузионные модели 29
1.3.3 Результаты экспериментальных исследований 34
1.4 Сопряженные эффекты концентрационной поляризации 36
1.4.1 Пространственный заряд в диффузионном слое 36
1.4.2 Генерация Н+ и ОН- ионов 40
1.4,3 Эффект экзальтации предельного тока 50
1.4.4 Сопряженная конвекция раствора 58
1.4.4.1 Гравитационная конвекция 58
1.4.4.2 Электроконвекция 60
1.4.4.3 Эффект Марангони 65
1.4.4.4 Факторы, влияющие на сопряженную конвекцию раствора 66
L4.4.5 Экспериментальные исследования сопряженной конвекции 71
1.5 Транспорт слабых электролитов в электромембрапных системах 81
1.5.1 Некоторые равновесные и кинетические характеристики растворов слабых электролитов 85
1.5.2 Перенос слабых электролитов в электромембраппых системах при «мягких» токовых режимах 88
1.5.3 Перенос слабых электролитов при «интенсивных» токовых режимах. 93
2 Основные характеристики ионообменных мембран 108
2Л Методы исследования 109
2.2 Структура поверхности и объема мембран 113
2.2.1. Результаты злектроішой микроскопии и элементного анализа 113
2.2,2. Способ определения доли проводящей и непроводящей поверхности гетерогенных мембран , 116
2.3 Равновесные и кинетические характеристики ионообменных мембран 118
2.3.1 Ионный обмен анионов сильных и слабых кислот 118
2.3.2 Электропроводность ионообменных мембран в растворах сильных и слабых электролитов 121
3 Методы исследования концентрационной поляризации 131
Получения хронопотенциограмм и суммарных вольтамперных характеристик 133
3.1.1 Электродные системы 133
3.1.2 Элеюромембранные системы 136
3 Л .3 Экспериментальные ячейки для вольтамперометрии и хронопотенциометрии электродных н элеюромембранных систем 137
3.1.4 Методика комплексного получения электрохимических характеристик электромембранной системы 142
3.2 Определение парциальных токов ионов соли и продуктов диссоциации воды 147
3.3 Предельные и критические токи в электромембранных системах 155
3.3 Л «Прямые» методы определения предельного и критического токов 156
3.3Л. 1 Характерные точки вольтамперных кривых 158
3.3.1.2 Характерные точки хронопотенциограмм 162
3.3.1.3 Сопоставительный анализ токов, определяемых по характерным точкам вольтамперных характеристик и
хронопотенциограмм 167
3.3 Л .4 Определение предельного тока по парциальным
вольтамперпым характеристикам 171
3.3.2 Косвенные методы определения предельного и критического токов. 173
3.3.2.1 Принципиальные особенности косвенных методов 173
3.3.2.2 Определение предельного и критического токов с использованием вспомогательной ферро-феррицианидной
электродной системы.,.. , 175
3,3.2.3, Примеры расчетов и верификация косвенной методики 181
4 Параметры мембранных систем, определяющие предельный ток и электрохимическое поведение мембран при сверхпредельных токах 188
4.1 Роль гетерогенности поверхности мембран 188
Физическая модельпротсканиятока через гетерогенную поверхность ионообменной мембраны 190
Роль тонкой гомогенной пленки на поверхности мембраны 196
4.2 Инертные и ионообменные наполнители у гомогенной поверхности 198
4.2.1 Степень экранирования и фактор развития поверхности массообмена 201
4.2.2 Закономерности изменения толшины диффузионного слоя в системах с инертными и ионообменными наполнителями 209
5 Элеш ромассоиеренос ионов сильных электролитов при токах выше предельного 220
5.1 Влияние диссоциации воды и сопряженной конвекіціи на парциальный ток противоионов соли через индивидуальные мембраны 220
5ЛЛ Модельные представления и модификация уравнения Харкаца 220
5Л.2 Определение вклада сопряженных эффектов концентрационной поляризации в «сверхнредельный» перенос ионов соли 223
5.2 Диссоциация воды и распределение потоков Н+, ОН- ионов в каналах обессоливаиия 226
5.2.1 Генерация Ж-, ОН- ионов при электродиализе разбавленных растворов 226
Роль каталитической активности иопогенных групп мембран 226 5,2 Л.2 Влияние плотности тока, концентрации и скорости протока раствора 229
5,2.1.3 Влияние физической и геометрической неоднородностей поверхностей массообмеш 235
5.2.2 Распределение потоков продуктов диссоциации поды в каналах обессоливания 240
5.2.2.1 Модельные представления 240
5.2.2.2 Экспериментальная проверка модельных представлений 243
5.2.3 Количественная оценка парциальных токов продуктов диссоциации воды в длинных каналах обессоливания 249
5.3 Сопряженные эффекты концентрационной поляризации в каналах обессоливания элеюродиализаторов 253
5.3.1 Расчет парциальных токов и толщины электронейтральной части диффузионного слоя возле анионо- и катионообменной мембран, образующих канал обессоливания электродиализатора 253
5.3.2 Вклад сопряженной конвекции и эффекта экзальтации в приращеіше сверхпределыюго тока 262
5.3.3 Условия реализации гравитационной и электрической конвекции в электродиализе разбавленных растворов 269
5.3.3.1 Роль положения мембраны в поле тяжести земли. Влияние межмембранного расстояния и концентрации раствора на вид конвекции 269
5.3.3.2 Влияние толщины мембран и свойств их поверхности на развитие сопряженной конвекции 274
53.3.3 Влияние скорости протока раствора 276
6 Транспорт анионов слабых кислот в электромембранных системах 281
6.1 Механизмы переноса при «мягких» и «шгтенсипных» токовых режимах... 281
6.2 Математическое описание т 282
6.3 Экспериментальная проверка модельных представлений 287
6.4 Сравнительный анализ механизмов переноса в ЭМС с сильными и слабыми электролитами 290
7 Интенсификация электродиализа сопряженными эффектами концентрационной поляризации 300
7.1 Факторы, влияющие на эффективность электродиализа 300
7.2 Способы интенсификации электродиализа разбавленных растворов 302
7.3 Сопряженные эффекты концентрационной поляризации в крупногабаритных электродиализных аппаратах , 308
7.3.1 Методика исследования массообмепных характеристик электродиализаторов 309
7.3.2 Масштабирование элеюрохимических характеристик электродиализаторов 317
7.3.3 Влияние конструкции камер обсссоливапия на массообменные характеристики электродиализаторов при токах выше предельного 318
Информационно-вычислительная система для характсризации электродиализных аппаратов и прогнозирования их массообменпых свойств. 322
Выводы 338
Список использованных источников
