ВВЕДЕНИЕ
Биполярные гетерогенные мембраны (БПМ) -- бислойные композиты, которые состоят из катионообменного и анионообменного слоёв. На границе этих слоёв возникает область пространственного заряда, в которой при прохождении электрического тока протекает реакция диссоциации молекул воды с образованием ионов водорода и гидроксила. На использовании этой реакции основаны многочисленные применения биполярных мембран: получение неорганических и органических кислот, оснований и щелочей из солей, коррекция рН водных растворов, получение деионизованной воды, удаление углекислого газа из воздуха.
Константа скорости диссоциации молекулы воды в области пространственного заряда определяет напряжение на БПМ: чем она больше, тем меньше напряжение на мембране. От величины рабочего напряжения на мембране зависит возможность применения БПМ в технологическом процессе. Известно, что снизить напряжение на мембране позволяют органические и неорганические соединения, введённые в её биполярную область. В настоящее время наиболее дешёвыми и доступными добавками являются гидроксиды металлов.
Изменение скорости диссоциации молекулы воды на границы мембрана - раствор по сравнению со скоростью диссоциации молекулы воды в водных растворах исследовалось многими авторами. При этом изучалось влияние на диссоциацию как ионогенных групп мембран, так и каталитических добавок органической и неорганической природы, введённых в биполярную область мембраны. Диссоциация молекул воды исследовались как в монополярных, так и в биполярных мембранах.
Многими авторами исследовались электрохимические характеристики мембран с каталитической добавкой в виде малорастворимых гидроксидов и их влияние на скорость диссоциации молекулы воды. Но количество и размер частиц этих соединений не учитывался или не мог быть определён.
Поэтому целью данной работы являлось:
- исследовать влияние малорастворимых гидроксидов d-металлов различной природы, при условии, что количества внесённых гидроксидов и гранулометрический состав порошков одинаковы, на электрохимические характеристики биполярных мембран: на частотные спектры электрохимического импеданса, парциальные вольт-амперные характеристики биполярных областей мембран и эффективные скорости диссоциации молекул воды в биполярных мембранах;
- исследовать влияние количества внесённого гидроксида железа (III) заданного гранулометрического состава на электрохимические характеристики биполярных мембран.
Задачей работы являлась разработка метода выделения заданной фракции из исходного порошка гидроксида металла, а также разработка способа нанесения этого гидроксида на поверхность мембраны.
- ВВЕДЕНИЕ
- 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
- 1.1 Строение и свойства биполярных мембран
- 1.1.1 Строение и свойства монополярных областей
- 1.1.2 Механизм диссоциации воды в биполярных мембранах
- 1.2 Катализ диссоциации воды в биполярных мембранах
- 1.2.1 Катализ диссоциации воды ионогенными группами в биполярных мембранах
- 1.2.2 Катализ диссоциации воды малорастворимыми гидроксидами d-металлов
- 1.3 Процессы с применением биполярных мембран
- 1.4 Методы исследования биполярных мембран
- 1.4.1 Метод вольт-амперометрии
- 1.4.2 Метод частотного спектра электрохимического импеданса
- 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
- 2.1 Объекты исследования
- 2.2 Методика синтеза гидроксидов переходных металлов
- 2.3 Методика фракционирования порошков гидроксидов переходных металлов
- 2.4 Методика определения гистограммы распределения числа частиц порошка по диаметрам
- 2.5 Методика получения биполярных мембран
- 2.6 Методика измерения электрохимического импеданса
- 2.7 Методика расчета парциальных по перенапряжению вольт-амперных характеристик биполярных мембран
- 2.4 Методика расчёта эффективных констант скорости диссоциации молекул воды биполярной мембране
- 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
- 3.1 Результаты определения размеров частиц порошков гидроксидов переходных металлов
- 3.2 Зависимость электрохимических характеристик биполярных мембран от количества порошка гидроксида металла
- 3.3 Влияние природы тяжёлого металла на электрохимические характеристики биполярной области мембран
- 3.4 Исследование каталитической активности гидроксида железа(III) при длительном использовании модифицированной биполярной мембраны