Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Ионообменные мембраны

Гетерогенные мембраны получают прессованием смеси порошков полиэтилена и соответствующего ионита. Мембраны, поверхность которых армируется капроновой или лавсановой тканью (в последнем случае марка мембраны оканчивается индексом «Л»), имеют повышенную кислотостойкость. В сухом состоянии длина листов мембран, кроме мембраны МК-41, должна быть не менее 1420 мм, ширина — 450 мм; мембрана МК-41 имеет длину 2000 мм и ширину 500 мм. Толщина мембран, армированных капроновой тканью, составляет 0,3—0,4 мм, лавсановой — 0,6 мм (за исключением мембраны МК-41, толщина которой — не более 0,5 мм). Листы должны иметь ровную гладкую поверхность без вмятин, выпуклостей, посторонних включений, проколов и трещин. Мембраны МК-40 и МА-40 выпускают в промышленном масштабе, остальные — в виде опытно-промышленных партий. После высушивания набухших ионообменных мембран их свойства не восстанавливаются. Вероятно, это связано с необратимой деформацией полиэтиленовой матрицы, в которую запрессованы зерна ионита.

Удельная электропроводимость ионообменных мембран порядок меньше, чем удельная электропроводимость ионообменных смол, на основе которых изготовлены соответствующие мембраны. Параметры трехпроводной модели, как и электропроводимость ионообменных мембран, могут меняться от партии к партии и даже в пределах одного листа мембраны.

Числа переноса ионообменных мембран зависят от концентрации, природы и температуры равновесного раствора, а также от условий проведения процесса плотности тока и скорости потока жидкости.

При увеличении плотности тока до величин, превышающих критическую в 15 раз, числа переноса противоионов через катионообменную мембрану меняются незначительно (для мембран МК-40 в 0,1 н. NaCl диапазон изменений составляет 0,98—0,94). Для анионообменных мембран соответствующие изменения много больше — от 0,91 до 0,75. Это различие объясняется в поведении катионо- и анионообменных мембран отличием интенсивности перемешивания раствора при достижении критической плотности тока.

Гидравлическая проницаемость обычных гетерогенных и гомогенных мембран невелика. С увеличением концентрации равновесного раствора гидравлическая проницаемость гетерогенных мембран увеличивается. Это увеличение связано с уменьшением набухания зерен ионита, вкрапленных в матрицу ионита, и увеличением зазора между зернами и матрицей. Гидравлическая проницаемость гомогенных мембран, как правило, ниже проницаемости гетерогенных и уменьшается при увеличении концентрации внешнего раствора. Это объясняется уплотнением ионита вследствие его сжатия, уменьшением чисел гидратации и количества свободной воды.

Электроосмотическая проницаемость ионообменных мембран практически не зависит от плотности тока и температуры, но зависит от гидратации противоиона; чем больше гидратирован противоион, тем выше электроосмотическая проницаемость мембран. С ростом концентрации раствора электроосмотическая проницаемость гетерогенных мембран практически не меняется.

Химическая стойкость мембран МК-40, МА-40 и МА-41 достаточно высока; их можно использовать при рН, равных 1—14. Мембраны с лавсановой армировкой и мембрану МА-40 желательно применять при рН от 1 до 7. Поскольку катионообменные смолы химически более стойки, чем анионитовые, то и мембраны, изготовленные на основе катионитов, отличаются большей стойкостью, чем мембраны на основе анионитов. По этой причине анодную камеру в электродиализаторах часто отделяют катионообменной мембраной МК-40Л, которая остается стойкой в 6 н. растворах соляной и серной кислот. Для сравнения укажем, что мембрана МА-40 достаточно стойка лишь в 5%-ных растворах этих кислот и разрушается в растворах 1 н. HNO3 и 2% H2O2. Мембрана МА-41 более стойка к окислителям, щелочам и кислотам; она сохраняет высокую селективность в 5%-ных растворах HNO3 и Н2О2.

Биполярные мембраны применяют в качестве источника ионов водорода и гидроксила. В этом отношении они подобны биполярным электродам. Однако, в отличие от последних, перенос тока через биполярные мембраны не связан с переходом электрона и, следовательно, с электродной реакцией. Таким образом, применяя биполярные мембраны, можно обойти проблему изготовления стойких анодов и избежать образования газообразных продуктов электродных реакций.

Биполярные ионообменные мембраны состоят из двух соединенных друг с другом слоев — катионо- и анионо-обменной мембран. Их получают спрессовыванием вальцованных катионо- и анионообменных мембран толщиной 0,25—0,30 мм. Поверхность биполярных мембран армируют капроновой, либо лавсановой, либо полипропиленовой тканью. Толщина биполярных мембран — не более 0,5 мм, размер листа — 450X1470 мм; при набухании толщина мембран увеличивается не менее чем на 3%, я длина — на 20%. Поверхностное сопротивление биполярных мембран не должно превышать 20 Ом-см2, а удельное — 300 Ом-см. Перед применением биполярные мембраны замачивают в воде или в 0,6 н. растворе NaCl. При получении растворов кислот и щелочей концентрацией выше 1 н. следует применять мембраны с полипропиленовой армировкой. Температурный диапазон работы биполярных мембран 10—50°С.

Гомогенные мембраны по сравнению с гетерогенными обладают более высокой электропроводимостью и селективностью. Мембраны МК-10О и МА-100 выпускают в набухшем состоянии соответственно в Na- и Cl-формах размером 500X500X0.3 мм. Высушивание мембран недопустимо. Хранят мембраны в воде или в 0,6 н. растворе NaCl.

Мембраны представляют собой гладкие листы ровной поверхности без посторонних включений, проколов, вмятин и трещин. Их прочность при растяжении должна быть не менее 1000 Н/см2, относительное удлинение при разрыве — не менее 30%, полная обменная емкость по 0,1 н. растворам NaOH или НСl кислоты (2,2±0,2) мэкв/г сухой мембраны.

Исследование электрохимической активности мембран МК-10О и МА-100 в растворах NaCl, HCl, HNO3 и NaOH различной концентрации показадо, что электропроводимость мембран занимает промежуточное положение между электропроводимостью гетерогенных мембран и ионитов. Это объясняется тем, что силовые линии тока в гомогенных мембранах менее искривлены, чем в гетерогенных. В то же время набухание ионообменных смол значительно выше, чем набухание гомогенных мембран. Заметный рост электропроводимости анионообменной мембраны МА-100 при увеличении концентрации равновесного раствора кислоты указывает иа присутствие в ней средне- и, возможно, слабоосновных групп. Вместе с тем, значительно большая электропроводимость ОН-формы мембраны по сравнению с Сl-формой свидетельствует о том, что эта мембрана, в основном, сильноосновная. Мембрана МК-10О, по данным, проявляет сильнокислотные свойства. Диффузия электролита через катионообменные мембраны выше по сравнению с анионообменными. Максимальная диффузия наблюдается через Н- и ОН-форму мембран. Авторы отмечают, что после испытаний в концентрированных растворах электролитов отщепилось 14% всех активных групп.
Имеются указания, что мембраны МК-10О и МА-100 химически стойки в 4 н. растворах NaOH, HCд и HNO3, а также в щелочных растворах, содержащих пероксид водорода и гидразин. В этом отношении привлекают внимание мембраны на основе мономеров винилпиридинового ряда, обладающие высокой химической, термической и радиационной стойкостью. Температурный диапазон применения мембран МК-10О и МА-100 невелик — от 10 до 50 °С.

Мембраны МК-102 химически стойки к кислотам и окислителям, их рекомендуют применять для отделения анодной камеры.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики