Перенос ионов в мембранах - Заболоцкий В.И.
ISBN 5-02-001677-2
Скачать (прямая ссылка):
рисунка видно, что погрешность определения а и DA с ростом N быстро
убывает и уже при N = 10 уменьшается почти вдвое по сравнению с N = 6, но
затем ее скорость снижения замедляется и дальнейшее поведение кривой
подтверждает известный асимптотический закон 5а,
5da ~ 1 / V77.
248
5.5.6. Примеры решения задачи идентификации
В табл. 5.2 приведены данные, полученные для нескольких ионообменных
мембран. На рис. 5.26 представлена теоретическая зависимость числа
переноса ионов С1" через мембрану МК = 40 от концентрации раствора NaCI,
рассчитанная с использованием параметров микрогетерогенной модели,
найденных из независимых экспериментов и представлен-
*
ных в табл. 5.2. Сравнение расчета с экспериментальными значениями tA
показывает достаточную в данном случае адекватность модели.
с/а
4>
Рис. 5.26. Зависимость электромиграционных чисел переноса коионов (/ А)
от отношения концентрации раствора (с) к обменной емкости гелевой фазы
(Q) [51]
Точки представляют литературные экспериментальные данные: 1 - [161], 2 -
[162], 3 -[161] (числа переноса измерены методом Гитторфа в условиях
равенства концентраций с обеих сторон, мембраны и интенсивного
перемешивания). Точки у кривой 4 - экспериментальные данные [71] для
мембраны МК-40 в растворе NaCI, найденные модифицированным методом
Гитторфа [85]. Сплошные линии рассчитаны по уравнениям (4.23)-(4.26),
(4.33) микрогетерогенной модели; параметры мембраны МК-40, используемые
для расчета кривой 4, представлены в табл. 5.2
В разделе 5.1 была также описана работа по определению параметров для
двух видов (вальцованных и прессованных) мембран с разной объемной долей
связующего полиэтилена. В [155] были определены шесть параметров
микрогетерогенной модели для нескольких мембран каждого из этих видов.
Интересно, что с ростом объемной доли полиэтилена параметр а уменьшается,
что можно трактовать, как приближение структуры к хаотическому смешению
фаз [155]. Уменьшение коэффициентов диффузии D\uDA при этом объясняется
ростом стерических препятствий в "объединенной" гелевой фазе.
249
5.5.7. Проблемы паспортизации мембран
Наука о мембранах быстро развивается, существует большое число различных
теорий, иногда противоречащих друг другу, большое число модельных
параметров используется для характеристики свойств мембран. Этот процесс
развития объективно связан со все возрастающим объемом и разнообразием
приложений ионообменных мембран. Наконец, быстро увеличивается число
типов и марок мембран, выпускаемых различными предприятиями в мире. В
настоящее время насчитывается около ста марок ионообменных мембран и
около десятка их производителей [163]. Поэтому все более актуальной
становится проблема сравнения свойств различных мембран и их выбора для
тех или иных приложений.
В идеале должна быть создана база данных по свойствам мембран, из которой
можно было бы получить всю необходимую информацию по их сравнению и
выбору. Однако создание такой базы данных наталкивается на ряд
трудностей, взаимосвязанных между собой.
1. Выбор параметров для сравнения. Параметры должны отражать важнейшие
физико-химические свойства мембран, позволяющие судить о возможностях
практического использования данной мембраны. Численное нахождение
некоторого параметра опирается как на эксперимент, так и на теорию,
позволяющую строго определить физический смысл параметра. Для более
полной характеристики мембраны число параметров должно быть достаточно
большим, что увеличивает экспериментальные трудности. Задача теории здесь
заключается в том, чтобы выбранные параметры были по возможности
максимально информативны и не допускали неоднозначности в толковании их
физического смысла.
2. Выбор экспериментальных методик и регламента измерений. Численное
значение некоторого параметра далеко не всегда несет в себе абсолютную
информацию. Для того чтобы правильно интерпретировать эту информацию,
нужно быть уверенным в том, что измерения этого параметра в лаборатории
источника информации и в лаборатории пользователя дадут для одного и того
же образца одинаковые результаты. К сожалению, сегодня нельзя быть
уверенным, что такое совпадение результатов всегда будет иметь место. В
общем случае численное значение измерения зависит от применяемой
методики, от ее инструментального оформления и от регламента проведения
эксперимента. Сопоставление результатов измерений, полученных с помощью
разных методик, не всегда является легкой задачей. Например, при
измерении электропроводности мембраны ртутно-контактным методом (см.
раздел 5.1) необходимо учитывать вклад сопротивления границы
мембрана/раствор; использование дифференциально-разностного метода
связано с проблемой сохранения геометрии системы при наличии и отсутствии
мембраны. Трудно выявляемые ошибки появляются при переходе от одного
масштаба измерительной установки к другому (краевые эффекты и др.). Что
касается регламента измерений, то он тоже оказывает существенное влияние
