Рисунок 17 - Зависимость сопротивления биполярной области биполярной мембраны, содержащей 25 мг/дм² гидроксида железа(III) при плотности тока 1,1 А/дм² от времени в системе 0,5 М HCl - 0,5 М NaOH

3.5 Расчёт эффективных констант скорости диссоциации молекул воды в биполярных мембранах

Анализ таблицы 3, рисунка 18, таблицы 4 подтверждает сделанные ранее выводы (см. п. 3.2, 3.3) о том, что гидроксиды тяжёлых металлов заметно снижают напряжение на биполярной мембране, так как эффективные константы скорости реакции диссоциации молекул воды в модифицированных мембранах существенно выше, чем в исходной мембране, а также линейно зависят от количества внесённого гидроксида железа (III).

Таблица 3

Эффективные константы скорости диссоциации молекулы воды в биполярных мембранах, модифицированных различным количеством гидроксида железа (III)

Рисунок 18 Зависимость эффективной константы диссоциации молекулы воды в биполярной мембране от количества внесённого гидроксида железа (III)

Таблица 4

Эффективных констант скорости диссоциации молекулы воды в биполярных мембранах, модифицированных гидроксидами разной природы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан метод и изготовлена лабораторная установка для разделения порошков на фракции по размерам частиц и равномерного нанесения частиц на мембраны. Метод и установка использованы для получения фракций гидроксидов тяжёлых металлов с диаметром частиц в диапазоне 0-5 мкм и нанесения их на катионообменную мембрану, которая использовалась для получения модифицированных биполярных мембран.

Обнаружено, что введение малорастворимых гидроксидов d_металлов (хрома (III), кобальта (III), железа (III), никеля(II)) в виде порошка массой 25 мг/дм² в область контакта катионообменной и анионообменной мембраны в биполярной мембране уменьшает перенапряжение на ней с 9,0 В на исходной мембране до 8,0-6,7 В при плотности тока 2 А/дм². Показано, что введение малорастворимых гидроксидов хрома (III), кобальта (III), железа (III), никеля(II) в биполярную область мембран примерно на порядок (с 6 с-¹ до 39-54 с-¹) увеличивает эффективную константу скорости диссоциации молекул воды.

Показано, что эффективная константа скорости диссоциации молекул воды в биполярных мембранах, модифицированных гидроксидом железа (III) линейно возрастает с увеличением количества нанесённого порошка гидроксида железа.

Установлено, что в системе 0,5М HCl - 0,5М NaOH при плотности тока 1,1А/дм² сопротивление биполярной области такой мембраны практически постоянно в течение 9 часов, что свидетельствует о стабильности гидроксида железа(III) в биполярной области в процессе получения соляной кислоты и гидроксида натрия из хлорида натрия.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ганыч В.В. Электролитическая диссоциация молекул воды в системе раствор - анионообменная мембрана МА-40 , модифицированная ионами переходных металлов / В.В. Ганыч, Н.В. Шельдешов, В.И. Заболоцкий // Электрохимия. 1992. Т. 28, №9. С. 1390-1396.

2. Гельферих Ф. Иониты. - М.: ИЛ. 1962. С. 490.

3. Графов Б.М. Электрохимические цепи переменного тока / М.Б.М. Графов, Е.А Укше: «Наука». 1973. 128с.

4. Гребень В.П. Влияние природы ионита на числа переноса ионов через биполярные ионообменные мембраны / В.П. Гребень, И.Г Косякова, Пивоваров Н.Я. // Журн. прикл. химии. 1981. №2. С. 288-292.

5. Гребень В.П. Влияние природы ионита на физико-химические свойства биполярных ионообменных мембран / В.П. Гребень, Н.Я. Пивоваров, Н.Я. Коварский, Г.З. Нефедова // Журн. физич. химии. - 1978.Т.52. Вып. 10. - С. 2641 - 2645.

6. Гребенюк В.Д. Исследование биполярных мембран при высоких плотностях тока // В кн. Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем. В.Д. Гребенюк, С.И. Муха, Л.И. Кошечкина. Киев: Наукова Думка, 1971. №2. С.133-136.

7. Гнусин Н.П. Фрейдлин Ю.Г. Исследование электрохимических свойств промышленных биполярных мембран / Н.П. Гнусин, В.И. Заболоцкий, Н.В. Шельдешов // Журн. прикл. хим. 1980. Т.53. №5. С.1069-1072.

8. Заболоцкий В.И. Импеданс биполярной мембраны МБ-1 / В.И. Заболоцкий, Н.В. Шельдешов, Н.П. Гнусин // Электрохимия. 1979. Т.15. С.1488-1493.

9. Заболоцкий В.И., Шельдешов Н.В., Гнусин Н.П. // Успехи химии. 1988. Т. 57. №8. С. 1403.

10. Заболоцкий В.И. Перенос ионов в мембранах/ В.И Заболоцкий, В.В. Никоненко. М.: «Наука». 1996. С. 392.

11. Заболоцкий В.И. Влияние природы ионогенных групп на константу диссоциации воды в биполярных ионообменных мембранах / В.И Заболоцкий, Н.В. Шельдешов, Н.П. Гнусин // Электрохимия 1986. Т.22. №12. С.1676-1679.

12. Заболоцкий В.И. Исследование процесса коррекции pH разбавленных растворов электролитов электродиализом с биполярными мембранами / В.И. Заболоцкий, С.В. Утин, Н.В. Шельдешов, К.А. Лебедев, П.А. Василенко // Электрохимия 2011. Т.47. №3. С.1-6.

13. Зубкова Л.Б. Синтетические ионообменные материалы / Л.Б. Зубкова, А.С. Тевлина, А.Б. Даванков. М. Химия. 1978. С. 184.

14. Кестинг Р.Е. Синтетические полимерные мембраны. М.: Химия, 1991. С.336.

15. Ковальчук В.И. Ионный транспорт в биполярных мембранах // Химия и технол. воды 1993. Т.15. №7-8. С.484-501.

16. Корякин Ю.В.Чистые химические вещества //Химия. 1974.

17. Ласкорин Б.Н. Ионообменные мембраны и их примрнение / Б.Н. Ласкорин, Н.М Смирнова. М.Н. Гантман С. 163. «ГосАтомИздат» 1961.

18. Мельников С.С. Влияние гидроксидов d-металлов на диссоциацию воды в биполярных мембранах С.С.Мельников, О.В. Шаповалова, Н.В. Шельдешов, В.И. Заболоцкий // Мембраны и мембранные технологии. 2011. Т. 1, №2. С. 149-156.

19. Методы измерения в электрохимии, т.1 и т.2 / Под ред. Егер Э., Залкинд А. М.: «Мир» 1977.

20. Пивоваров Н.Я. Влияние гетерогенности биполярных мембран на их вольт-амперные характеристики / Н.Я. Пивоваров, А.П. Голиков, В.П. Гребень // Электрохимия. 1997. Т.33 №5. С.582-589.

21. Пивоваров Н.Я. Обратный электродиализ с использованием биполярных мембран как источник электрической энергии / Н.Я. Пивоваров, В.П. Гребень, Н.Я. Коварский // Электрохимия 1994. Т.30. №6. С.785-789.

22. Пурселли Ж. Электродиализ с биполярными мембранами: основы метода, оптимизация, применения / Электрохимия. 2002. Т. 38. С. 1026.

23. Раузен Ф.В. Использование ионитовых мембран для получения кислоты и щёлочи из засоленных сточных вод / Ф.В. Раузен, С.С. Дудник // Водоснабжение и сан. техн. - 1974. - №8. - С. 12-15.

24. Тимашев С.Ф. О механизме электролитического разложения молекул воды в биполярных мембранах / С.Ф Тимашев, Е.В. Кирганова // Электрохимия, 1981. Т. 17. С.440-443.

25. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии, поверхностные явления и дисперсные системы // Наука, 2009. С.452

26. Шаповалова О.В. Исследование чисел переноса ионов водорода и гидроксила через модифицированные биполярные ионообменные мембраны / О.В. Шаповалова, Н.В. Шельдешов, В.И. Заболоцкий // Тезисы Всероссийской научной конференции с международным участием «МЕМБРАНЫ-2013». 1-4 октября 2013 г. г. Владимир, Россия. С. 342-343.

27. Шельдешов Н.В. Перенос ионов и диссоциация молекул воды в биполярных ионообменных мебранах: дис. … канд. хим. наук: 02.00.05. Шельдешов Николай Викторович. - Краснодар, 1985. - 204 с.

28. Шельдешов Н.В. Установка для комплексного электрохимического исследования ионообменных мембран / Н.В. Шельдешов, Н.П. Гнусин, В.И. Заболоцкий // Электрохимия. - 1978. - Т. 14, №6. - С. 898-900.

29. Шельдешов Н.В. Катализ реакции диссоциации воды фосфорнокислотными группами мембраны МБ-3 / Н.В. Шельдешов, В.И. Заболоцкий, Н.Д. Письменская, Н.П. Гнусин // Электрохимия. - 1986. - Т. 22. - №6. - С. 791 - 795.

30. Шельдешов Н.В., Заболоцкий В.И., Ганыч В.В. Влияние нерастворимых гидроксидов металлов на скорость реакции диссоциации воды на катионообменной мембране / Н.В. Шельдешов, В.И. Заболоцкий, В.В. Ганыч // Электрохимия. 1994. Т. 30, №12. С. 1458-1461.

31. Шельдешов Н.В. Биполярные ионообменные мембраны. Получение. Свойства. Применение / Н.В. Шельдешов, В.И. Заболоцкого // Мембраны и мембранные технологии / Коллектив авторов. Отв. редактор А.Б. Ярославцев. М.: Научный мир, 2013. 612 с.

32. Шендрик О.Р. Модифицирование монополярных ионообменных мембран для генерации ионов водорода и гидроксила / О.Р. Шендрик, М.И. Пономарев, В.Д Гребенюк // Журн. прикл. химии. 1987 Т. 60. №7. С.1486-1488.

33. Ушаков Л.Д. Электродиализ водных растворов солей с применением биполярных мембран // В кн. Комплексные проблемы опреснения соленых и очистки сточных вод (ВНИИ ВОДГЕО) Респ. конф. Тезисы докл. Одесса. 1973. С.88-90.

34. Умнов В.В. Вольтамперная характеристика области пространственного заряда биполярной мембраны / В.В. Умнов, Н.В. Шельдешов, В.И. Заболоцкий // Электрохимия. 1999. Т. 35. №8. С. 871-878.

35. Tanaka Y. Water dissociation in ion-exchange membrane elektrodialysis // Journal of Membranes Science. 203. 2002. C. 227-244.

36. Tanaka Y. Acceleration of water dissociation generated in an ion exchange membrane // Journal of Membranes Science 303. C. 234-243.

37. Kang M.S. Electrochemical characteristics of ion-exchange membranes coated with iron hydroxide/oxide and silica sol // Journal of Colloid and Interface Science. 2003. Vol. 273. C.523-532.

38. Kang M.S. Optimal contents of inorganic substances in preparing bipolar membranes // Journal of Colloid and Interface Science. 2003. Vol. 273. C. 533-539.

39. Trivedi G.S. Studies on bipolar membranes // Reactive and Functional Polymers. 1996. Vol. 28, №2. P. 243-251.

40. Simons R. Preparation of a high performance bipolar membrane // J. Membr. Sci. 1993. V. 78. P. 13-23.

41.Simons R. The origin and elimination of water splitting in ion exchange membranes during water demineralization by electrodialysis. // Desalination, 1979. V.28. P.41-42.

42. Simons R. Strong electric field effects on proton transfer between membrane-bound amines and water. // Nature, 1979. V.280. P.824-826.

43. Simons R. Electric field effects on proton transfer between ionizable groups and water in ion exchange membranes // Electrochim. Acta. 1984. T. 29. C. 151-158.

44. Пат. 5227040 USA, МПК 2010 C08J 5/22 (20060101); C08J 5/20 (20060101); C25B 13/00. High performance bipolar membranes / Simons; Raymond G.; патентообладатель: Unisearch Limited (New South Wales, AU) - №07/781,660 заявл. 25.10.1991 опубл. 13.07.1993, БД USPTO.

Размещено на Allbest.ru