Диффузионная проницаемость гетерогенной мембраны МК-40 с разным размером частиц сульфокатионообменной смолы
Аннотация
Главным свойством ионообменных мембран является селективность, основанная на способности мембраны пропускать ионы одного знака, задерживая ионы противоположного знака заряда. Путем варьирования состава и структуры мембран можно достичь снижения диффузионной проницаемости, что положительно отразится на их селективности в процессах электромембранного обессоливания и концентрирования. В работе выполнен сравнительный анализ физико-химических и диффузионных свойств экспериментальных образцов гетерогенной сульфокатионообменной мембраны МК-40 (ООО «Инновационное предприятие «Щекиноазот», Россия). Цель работы состояла в изучении влияния изменения размера частиц ионообменной смолы на диффузионные свойства мембраны. Диаметр частиц помола ионообменной смолы, заявленный заводом-изготовителем, находился в трех диапазонах: <20 мкм, 20-32 мкм и 56-71 мкм. Установлено, что с увеличением размеров частиц ионообменной смолы влагосодержание уменьшается на 12%, полная обменная емкость практически не изменяется. При этом толщина мембран в сухом и набухшем состоянии падает на 4-5%. Показано, что увеличение диаметра частиц помола ионообменной смолы вызывает уменьшение величины плотности диффузионного потока хлорида натрия через исследуемые мембраны. Получены линейные концентрационные зависимости плотности потока диффузии соли в билогарифмических координатах с близкими к единице значениями коэффициентов детерминации. С использованием полученных данных определен эмпирический коэффициент β, величина которого свидетельствовала о выпуклой форме концентрационного профиля хлорида натрия в фазе мембраны МК-40. С ростом диаметра частиц помола ионообменной смолы от <20 до 56-71 мкм величина коэффициента β возрастает от 1.14 до 1.20. На основании экспериментально определенных значений интегрального коэффициента диффузионной проницаемости и коэффициента β рассчитаны величины дифференциального коэффициента диффузионной проницаемости мембраны. Концентрационные зависимости интегрального и дифференциального коэффициентов диффузионной проницаемости всех исследуемых экспериментальных образцов мембраны МК-40 в растворе хлорида натрия имели традиционный возрастающий характер. С увеличением размера частиц ионообменной смолы установлено падение величины дифференциального коэффициента диффузионной проницаемости более, чем в 2 раза.
Скачивания
Литература
Yaroslavtsev A.B., Nikonenko V.V., Zabolotskii V.I. Ionnyi perenos v mem-brannykh i ionoobmennykh materialakh. Uspekhi khimii. 2003; 72(5): 438-470. https://doi.org/10.1070/rc2003v072n05abeh000797 (In Russ.)
Vasil'eva V.I., Shaposhnik V.A., Grigorchuk O.V., Metaie M., Ovcharenko E.O. Raspredelenie kontsentratsii ami-nokislot pri diffuzii cherez kationoobmen-nuyu membranu. Zhurnal fizicheskoi khimii. 2000; 74(5): 937-941. (In Russ.)
Berezina N.P., Karpenko L.V. Perkolyatsionnye effekty v ionoobmennykh materialakh. Kolloidnyi zhurnal. 2000; 62(6): 749-757. (In Russ.)
Gnusin N.P., Parshikov S.B., Demina O.A. Reshenie zadachi elektrodiffuzion-nogo perenosa cherez ionoobmennuyu membranu pri proizvol'noi kontsentratsii vneshnego rastvora. Elektrokhimiya. 1998; 34(11): 1316-1319. (In Russ.)
Falina I. V., Demina O. A, Kononen-ko N. A., Myakinchenko I. A. A Model De-scription of Diffusion Permeability of Bi-layer Ion-Exchange Membranes. Colloid Journal. 2020; 82(2): 200-207. https://doi.org/10.1134/S1061933X20010044
Shutkina E. A., Nevakshenova E.E., Pis'menskaya N.D., Mareev S.A., Nikonen-ko V.V. Diffuzionnaya pronitsaemost' ani-onoobmennykh membran v rastvorakh digidrofosfata natriya. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy. 2015; 17(4): 566-578. (In Russ.)
Yaroslavtsev A.B. [et al]. Membrany i membrannye tekhnologii. Moscow, Nauchnyi mir, 2013, 611 p. (In Russ.)
Nikolaev N.I. Diffuziya v membra-nakh. Moscow, Khimiya, 1980, 232 p.
Zabolotskii V.I., Nikonenko V.V. Perenos ionov v membranakh. Moscow, Nauka, 1996, 392 p. (In Russ.)
Kononenko N.A., Demina O.A., Lo-za N.V., Dolgopolov S.V., Timofeev S.V. Teoreticheskoe i eksperimental'noe issle-dovanie predel'nogo diffuzionnogo toka v sistemakh s modifitsirovannymi perftoriro-vannymi sul'fokationitovymi membranami. Elektrokhimiya. 2021; 57(5): 283-300. https://doi.org/10.31857/S0424857021050066 (In Russ.)
Zabolotskii V.I., Berezina N.P, Ni-konenko V.V., Shudrenko A.A. Razvitie membrannykh tekhnologii na osnove el-ektrodializa v Rossii. Nauka Kubani. 2010; 3: 4-10. (In Russ.)
Iordanskii A.L., Shterenzon A.L., Moiseev Yu.B., Zaikov G.E. Diffuziya el-ektrolitov v polimerakh. Uspekhi khimii. 1979; 48(8): 1460-1491. https://doi.org/10.1070/RC1979v048n08ABEH002411 (In Russ.)
Berezina N.P., Kononenko N.A., Dyomina O.A., Gnusin N.P. Characteriza-tion of ion-exchange membrane materials: properties vs structure. Advances in Colloid and Interface Science. 2008; 139(1-2): 3-28. https://doi.org/10.1016/j.cis.2008.01.002
Kononenko N.A., Demina O.A., Lo-za N.V., Falina I.V., Shkirskaya S.A. Membrannaya elektrokhimiya. Krasnodar, Kubanskii gosudarstvennyi universitet, 2015, 290 p. (In Russ.)
Vasil’eva V.I., Meshcheryakova E.E., Chernyshova O.I., Brovkina M.A., Falina I.V., Akberova E.M., Dobryden’ S.V. Transport and structural characteris-tics of heterogeneous ion-exchange mem-branes with varied dispersity of the ion ex-changer. Membranes and Membrane Tech-nologies. 2024; 6(2): 120-131. https://doi.org/10.1134/S2517751624020082
Dobryden' S. V., Vasil'eva V. I., Akberova E. M., Mamonov D. R., Bespalo-va Ya. R. Vliyanie razmera chastits sul'fo-kationoobmennoi smoly na fiziko-khimicheskie svoistva i morfologiyu poverkhnosti geterogennoi membrany MK-40. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy. 2024; 26(2): 356-361. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12044 (In Russ.)
Gnusin N.P., Berezina N.P., Shudrenko A.A., Ivina O.P. Diffuziya eletkrolita cherez ionoobmennye mem-brany. Zhurnal fizicheskoi khimii. 1994; 68(3): 565-570. (In Russ.)
Veisov B.K., Grebenyuk V.D. Dif-fuzionnaya pronitsaemost' geterogennykh ionitovykh membran MA-40 i MK-40. Khimiya i tekhnologiya vody. 1985; 7(3): 32-35. (In Russ.)
Gorobchenko A.D., Gil' V.V., Ni-konenko V.V., Sharafan M.V. Matematich-eskoe modelirovanie selektivnogo perenosa odnozaryadnykh ionov cherez mnog-osloinuyu kompozitnuyu ionoobmennuyu membranu v protsesse elektrodializa. Membrany i membrannye tekhnologii. 2022; 12(6): 480-490. https://doi.org/10.31857/S2218117222060049 (In Russ.)
Filippov A.N. Yacheechnaya model' ionoobmennoi membrany. El-ektrodiffuzionnyi koeffitsient i diffuzion-naya pronitsaemost'. Kolloidnyi zhurnal. 2021; 83(3): 360-372. https://doi.org/10.31857/S002329122103006X (In Russ.)
Berezina N.P. Elektrokhimiya membrannykh sistem. Krasnodar, Ku-banskii gosudarstvennyi universitet, 2009, 137 p. (In Russ.)
