Транспортные характеристики отечественных гетерогенных анионообменных мембран, предназначенных для электродиализа

ВВЕДЕНИЕ 11
1 Аналитический обзор 13
1.1 Применение электродиализа в области защиты окружающей среды 13
1.2 Ионообменные мембраны для электродиализа 14
1.3 Состав и строение ионообменных мембран 15
1.4 Изготовление ионообменных мембран 19
1.5 Процессы, протекающие в электромембранной системе при электродиализе 22
1.5.1 Концентрационная поляризация 22
1.5.2 Осадкообразование 24
1.6 Вольтамперометрия как инструменты для изучения транспортных и электрохимических свойств ИОМ 26
1.7 Электродиализное концентрирование 29
1.7.1 Электроосмотический перенос воды в электродиализе 29
1.7.2 Электродиализное концентрирование растворов электролитов 32
1.8 Параметры, позволяющие оценить эффективность электродиализного разделения 36
2. Цели и задачи работы 38
3 Основная часть. Экспериментальная часть 39
3.1 Объекты и методы исследования 39
3.1.1 Объекты исследования 39
3.1.2 Подготовка ионообменных мембран к исследованию 40
3.1.3 Перевод мембран в солевую форму 40
3.1.4 Выбор и приготовление рабочих растворов 41
3.2 Методы исследования 41
3.2.1 Методика снятия вольтамперных характеристик 41
3.2.2 Методика анализов определения ионов 43
3.2.3 Атомно-силовая микроскопия 44
3.2.4 Сканирующая электронная микроскопия 44
3.3 Результаты эксперимента и их обсуждения 45
3.3.1 Подбор диапазона рабочих концентраций с учётом концентрации ионов никеля в ванне улавливания 45
3.3.2 Ионное состояние никеля в растворах 46
3.3.3 Влияние ионов никеля на микрорельеф и структуру ионообменных мембран 47
3.3.4 Изучение влияния ионов никеля на вольтамперные характеристики анионообменных мембраны МА-40 и МА-41 52
3.3.5 Изучение влияния ионов никеля на электропроводность ионообменных мембран 59
3.3.6 Электродиализ растворов сульфата никеля 62
3.3.6.1 Выбор мембранной пары 62
3.3.6.2 Описание результатов электродиализного разделения растворов сульфата никеля. 68
3.3.7 Влияние токовой нагрузки на структурные изменения ионообменных мембран 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 77

Весь текст будет доступен после покупки

Проблема загрязнения окружающей среды долгое время была одной из главных задач. Увеличение объемов сточных вод, вызванное постоянным развитием химической и энергетической промышленности, оказывает негативное влияние на окружающую среду и водные ресурсы. Одной из основных задач решения проблемы охраны окружающей среды является разработка эффективных методов разделения жидких смесей на компоненты.
Сегодня реактивный метод очистки сточных вод является наиболее распространенным [1]. Однако, несмотря на свою популярность, полученная вода, помимо осадков, имеет высокое содержание соли, что делает ее непригодной для технического использования на предприятии. Кроме того, этот метод требует большого количества реагентов.
В настоящее время мембранные технологии широко используются для защиты окружающей среды [2]. Эти технологии не требуют использования реагентов, что делает их экологически чистыми. Мембранные методы могут удалять более 90% растворенных солей из промышленных сточных вод, являются энергоэффективными, недорогими, простыми в эксплуатации и экономичными, что делает их актуальными для процессов очистки, разделения и концентрирования растворов [3]. Электродиализ является перспективным методом решения экологических проблем, поскольку позволяет проводить опреснение и концентрирование растворов электролитов, а также синтез и химические превращения различных веществ.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Аналитический обзор
1.1 Применение электродиализа в области защиты окружающей среды
Электродиализ является одним из наиболее перспективных мембранных методов очистки сточных вод. Электродиализ это процесс, при котором ионы движутся через мембрану под действием электрического поля, а скорость массопереноса можно контролировать с помощью тока. Процесс массопереноса в этом методе может быть выполнен против градиента концентрации [8-12]. Процесс разделения осуществляется специальной ячейкой, разделенной на секции ионообменными мембранами, которые удерживают соответствующие ионы электролита. Путем последовательного размещения двух типов мембран (катионный обмен и анионный обмен) создается множество отсеков, некоторые из которых впоследствии содержат рассол, а другие содержат опресненный раствор. Это обеспечивается тем, что мембраны избирательно препятствуют движению ионов, то есть ионы, движущиеся под воздействием электрического поля, удерживаются ближайшей мембраной, соответствующей их заряду.
В результате этого процесса концентрация ионов в растворе изменяется между соседними парами мембран - увеличивается между одной парой мембран, но уменьшается между другими. В большинстве случаев электродиализаторы представляют собой устройства непрерывного действия, в которых исходный раствор непрерывно циркулирует, а отделенный концентрат и разбавленный раствор сливаются в коллекторную ванну и ванну для промывки с непрерывным потоком соответственно [13].В настоящее время большое количество теоретических и прикладных исследований посвящено электродиализной обработке промышленных растворов и сточных вод. И если вначале электродиализ использовался в основном для опреснения и опреснения воды, то сейчас охват промышленных зон, в которых он используется, достаточно широк. К ним относятся гидрометургия, гальваника, производство печатных плат, различные пищевые, медицинские и другие отрасли [14].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Хранилов Ю.П. Методы очистки сточных вод: учеб. пособие . — 4-е изд. — Киров : ВятГУ, 2008. — 97 с.
2. Хохлов, П. А. Электродиализная очистка промышленных вод производства электроники для сельскохозяйственной техники от ионов железа, никеля и меди / П. А. Хохлов, К. В. Шестаков // Сборник научных статей II Международной научно-практической конференции «Цифровизация агропромышленного комплекса». Тамбов : ТГТУ – 2020. – С. 196–199
3. Быков, В. И. Электродиализ: история и перспективы развития / В. И. Быков, С. И. Ильина, В. Я. Логинов [и др.] // Вестник технологического университета. – 2021. – Т. 24, № 7. – С. 5–10.
4. Лоза, Н. В. Поляризационные характеристики ионообменных мембран МФ4-СК в зависимости от метода их модифицирования / Н.В. Лоза, Н.А. Кононенко, С.А. Шкирская [и др.] // Электрохимия. – 2006. – №6. – С. 907–915.
5. Умнов, В. В. Вольтамперная характеристика области пространственного заряда биполярной мембраны / В. В. Умнов, Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И. // Электрохимия. – 1999. – Т. 35. – С. 871–878.
6. Желонкина, Е. А. Влияние гидроксидов меди и никеля на реакцию диссоциации воды при электродиализе в сверхпредельном токовом режиме / Е. А. Желонкина, С. В. Шишкина, Б. А. Ананченко // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2017. – Т. 17. № 4. – С. 674–681.
7. Письменская, Н. Д. Сопряженная конвекция раствора у поверхности ионообменных мембран при интенсивных токовых режимах / Н. Д. Письменская, В. В. Никонеко, Е. И. Белова [и др.]. // Электрохимия. – 2007. – Т. 43, № 3. – С. 325–345.
8. ОАО «Щекиназот» : официальный сайт. – Первомайский. – URL: http://n-azot.ru/news.php?news_id=131&page=22&lang=RU (Дата обращения: 06.03.2025)
9. Кульский, Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. / Л.А. Кульский - 4-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук. думка, 1983, 528 с
10. АО «Пластполимер» : официальный сайт. – Санкт-Петербург. – URL: http://www.plastpolymer.com/about/science/ionmemb/ (Дата обращения: 16.03.2025).

Весь текст будет доступен после покупки