Вольтамперные характеристики электромембранной очистки гальванических стоков от ионов поливалентных металлов

ВВЕДЕНИЕ 8
1 Аналитический обзор 10
1.1 Мембраны для электродиализа 10
1.1.1 Состав и строение ионообменных материалов 10
1.1.2 Изготовление ионообменных мембран 12
1.2 Процессы переноса вещества через ионообменную мембрану 13
1.2.1. Электротранспорт воды в мембранных системах 15
1.2.2. Селективность мембран 15
1.2.3. Диффузионная проницаемость мембранных материалов 15
1.3 Поляризационные явления в электромембранных системах 15
1.3.1 Появление дополнительных переносчиков заряда и эффект экзальтации 16
1.3.2 Гравитационная конвекция 16
1.3.3 Электроконвекция 16
1.4 Мембранная вольтамперометрия 16
2 Цель и задачи работы 20
3 Основная часть. Экспериментальная часть 21
3.1 Объекты и методы исследования. 21
3.1.1 Объекты исследования 21
3.1.2 Подготовка ионообменных мембран к исследованию 23
3.1.3 Перевод мембран в солевую форму 23
3.1.4 Выбор и приготовление рабочих растворов 24
3.1.5 Приготовление раствора NiSO4·7H2O 24
3.2 Методы исследования 24
3.2.1 Методика определения электропроводности растворов 24
3.2.2 Методика определения рН 25
3.2.3 Методики анализов определения ионов 26
3.2.4 Методика снятия вольтамперных характеристик 26
3.3 Результаты эксперимента и их обсуждения 28
3.3.1. Отработка методики снятия вольтамперных характеристик 28
3.3.2 Изучение влияния ионов никеля на вольтамперные характеристики катионообменной мембраны МК-40 29
3.3.3 Изучение влияния ионов никеля на вольтамперные характеристики анионообменных мембраны МА-40, МА-41 и МА-41п 33
3.3.4 Изучение влияния ионов никеля на электропроводность ионообменных мембран 39
3.3.5 Параметры вольтамперных характеристик исследуемых мембран 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 49

Весь текст будет доступен после покупки

Дефицит пресной воды является проблемой, вызванной постоянным ростом химической промышленности и энергетики. В связи с этим возрастает объем сточных вод, что негативно сказывается на окружающей среде и состоянии водных бассейнов. Для решения этой проблемы требуется разработка эффективных методов разделения смесей на компоненты.

На данный момент самым распространенным методом очистки сточных вод является реагентный метод, но он имеет недостаток - "очищенная" вода, полученная с его помощью, оказывается непригодной из-за высокого содержания солей, что делает ее не пригодной для технического использования внутри предприятия. Более того, для использования такого метода требуется большое количество реагентов.

Сегодня мембранные технологии активно применяются в области охраны окружающей среды. Эти технологии экологически чистые, поскольку не требуют использования реагентов. Они характеризуются низкими энергозатратами, простотой обслуживания и экономичностью. Отдельно стоит выделить электродиализ - один из основных методов мембранной технологии, который позволяет обессоливать и концентрировать растворы электролитов, а также синтезировать и проводить химические превращения различных веществ. Он обладает большим потенциалом для решения проблем защиты окружающей среды.

Важным аспектом электродиализа является проблема снижения концентрационной поляризации. Она определяет эффективность и конструкцию электродиализа. Интенсивность переноса ионов через электромембранную систему зависит от плотности тока и обратно пропорциональна ей. Однако плотность тока ограничена предельным значением, при котором концентрация ионов у поверхности мембраны со стороны камеры обессоливания снижается до нуля. Это предельное значение зависит от физико-химических свойств раствора и мембран, а также от гидродинамических условий в камерах электродиализатора. Концентрационная поляризация может приводить к высоким энергозатратам и выпадению осадков на поверхностях мембран, что снижает эффективность процесса электродиализа.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Аналитический обзор
1.1 Мембраны для электродиализа

В процессе электродиализа применяются мембраны ионообмена, которые при наличии электрического поля пропускают в направлении поля главным образом ионы одного знака. Транспорт ионов через эти мембраны осуществляется благодаря градиенту электрического потенциала, поэтому важным свойством таких мембран является их электропроводность. Увеличение концентрации заряженных групп в мембранах может повысить их электропроводность, но при этом может возникнуть проблема набухания [14].

Одновременно с этим, мембраны должны обладать как можно нижним сопротивлением для транспорта ионов одного знака и максимальным сопротивлением для ионов противоположного знака. Это обеспечивает высокую селективность мембран [15].

Так как в процессе электродиализа используются растворы, содержащие химически активные окислители, и при этом может происходить изменение кислотности, как в примембранных слоях, так и в объеме жидкости, мембраны должны обладать высокой химической стойкостью [16].

Еще одним важным свойством является стабильность размера и достаточная механическая прочность мембран во время работы, так как проток растворов через электродиализаторы имеет высокое гидравлическое сопротивление [14].

Таким образом, основными характеристиками хороших мембран для электродиализа являются: высокая селективность, высокая электропроводность, умеренная степень набухания и достаточная механическая прочность.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Хранилов Ю.П. Методы очистки сточных вод: Учеб. пособие. - 4 изд. - Киров: ВятГТ, 2008. - 21 с.;
2. Н. Д. Письменская, В. В. Ганыч, В. В. Никоненко Методы зашиты среды обитания в техносфере: учеб. пособие. - 3 изд. - Краснодар: Кубанскии гос. ун-т., 2007. – 140 с.;
3. Березина, Н. П. Электрохимия мембранных систем. - 3 изд. - Краснодар: Кубан. гос. ун-т, 2009. - 7 с.;
4. Strathmann, H. Ion-Exchange Membrane Separation Processes. - 3 изд. - Amsterdam: Amsterdam: Elsevier, 2004. - 360p
5. Заболоцкии В.И., Березина Н.П., Никоненко В.В., Шапошник В.А., Цхаи А.А. Мембраны. - 4 изд. - М.: Кубан. гос. ун-т, 1999. - 100 с.;
6. Шишкина С.В., Дюков А.В., Михаилова И.Ю. Электродиализная очистка разбавленных растворов солеи тяжелых металлов // Гальванотехника и обработка поверхности. - 2008. - №2. - С. 25-30.;
7. Жуков, А. И. Методы очистки производственных сточных вод. - 7 изд. - М.: 1996. - 345с.;

Весь текст будет доступен после покупки