Перенос ионов в мембранах - Заболоцкий В.И.
ISBN 5-02-001677-2
Скачать (прямая ссылка):
закономерность качественно отвечает эксперименту (см.раздел 5.4), однако
типичное значение отношения Д / Д составляет 0,5-0,7, что существенно
превышает наблюдаемые в эксперименте величины. Такое количественное
отличие неудивительно, посколь-
190
ку модель учитывает только один - кулоновский механизм замедления
движения ионов в мембране. Учет дискретности заряда, стерических
затруднений, химического взаимодействия и других факторов существенно
повлиял бы на результаты расчетов. Заметим также, что представленная
модель является в определенном смысле другим крайним случаем по отношению
к капиллярным моделям, в которых перенос осуществляется параллельно
заряженным стенкам пор. Синтез этих двух типов моделей мог бы дать более
полную картину транспорта ионов в мембране. Возможный подход к такого
рода синтезу дает изложенная в подразделе 4.1.3 микрогетерогенная модель,
в которой предлагается способ получения усредненных транспортных
характеристик для неоднородной среды, содержащей параллельно и
последовательно соединенные участки с разной проводимостью.
Мы уже упоминали ранее о важности учета наличия пор разного размера в
мембране. Модель Глюкауфа (см. раздел 4.2) позволяет учесть вклад пор
разного размера путем введения функции распределения пор по радиусам. В
микрогетерогенной модели все поры делятся на две части: мелкие поры
формируют гелевую фазу, а крупные - межгелевые промежутки. В рамках
ячеечной модели Н.П. Бондаренко [89] учел наличие разных пор путем
введения переменного расстояния между заряженными плоскостями. Несколько
ячеек с определенным набором расстояний между плоскостями формируют
макроскопический участок мембраны. Интересно,
что в пределе больших / формулы (4.71) и (4.72) дают Ц = Д (меж-гелевый
промежуток в рамках микрогетерогенной модели), а при малых /
(практически при / ^ 2LD) получается другой предел: Dimin (D, принимает
минимальное значение), что отвечает гелевому участку.
4.4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленные в данном разделе структурно-кинетические модели позволяют
посмотреть на связь структура мембраны-свойства с различных и довольно
многочисленных точек зрения. Практически в основе каждой модели заложено
то или иное представление о механизме влияния структуры на транспорт
ионов; в локальном масштабе перенос ионов описывается одними и теми же
уравнениями (главным образом, уравнением Нернста-Планка), различие
заключается в способе усреднения коэффициентов переноса в масштабе,
характеризующем мембрану. Каждая модель позволяет понять роль одного или
двух факторов, определяющих массо-перенос в мембране. Так, перколяционная
модель хорошо описывает влияние влагосодержания на проводимость мембраны;
микрогетерогенная модель объясняет роль концентрации раствора и учитывает
вклад в перенос как крупных (межгелевые промежутки), так и мелких гор
(гелевые участки); капиллярные и ячеечные модели позволяют понять роль
электростатического и некоторых других видов взаимодействия в переносе
ионов. Поэтому представленные модели дополняют друг друга, помогая
воссоздать сложную картину транспорта ионов путем выявления важных
деталей этой картины.
ГЛАВА 5
ПРОВОДЯЩИЕ СВОЙСТВА ИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН
Рассмотрим некоторые свойства ионообменных мембран, наиболее важные с
точки зрения их практического использования в электродиализе. Анализ
зависимости проводящих свойств мембраны от различных факторов полезен не
только как источник прямой информации, необходимой для практического
применения мембран, этот анализ позволяет также проверять структурно-
кинетические модели мембран и находить, таким образом, ответ на вопрос о
причинах и механизме того или иного явления.
5.1. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ
Электропроводность является одной из важнейших характеристик,
определяющих практическую пригодность ионообменных мембран [1-9].
Сравнительная простота экспериментального оборудования и широкие
возможности интерпретации результатов позволяют эффективно пользоваться
методом изучения электропроводности мембран для верификации разнообразных
моделей переноса [10-24] (см. также главу 4).
5.1.1. Методы измерения
Методы измерения электропроводности ионообменных мембран, их оценка и
классификация подробно рассмотрены в [23, 24]. Проведем краткий обзор
наиболее употребительных методов.
Согласно предложенной в [23, 24] классификации, методы измерения
электропроводности мембран делятся на две большие группы: методы
измерения проводимости в продольном и поперечном направлениях (схема).
Методы измерения продольной проводимости мембран сравнительно просты,
однако все они дают завышенное значение электропроводности (особенно в
области концентрированных растворов) вследствие поверхностной
проводимости пленки раствора. Кроме того, знание проводимости мембраны в
поперечном направлении представляет большую практическую ценность, чем в
продольном. Поэтому более широкое применение имеют методы измерения
поперечной электропроводности мембран.
