Перенос ионов в трехслойных ионообменных мембранных системах при интенсивных токовых режимах

В то же время концентрация противоионов на границе диффузионный слой (I)/мембрана уменьшается, проходя квазиравновесную стадию, и приблизительно со 100iпр наступает режим Шоттки. Это означает, что в электродиализных аппаратах режим Шоттки не достигается. Хотя этот вывод сделан в рамках данной модели, он согласуется с результатами экспериментов, выполненных с помощью метода лазерной интерферометрии (В.И. Васильева и В.А. Шапошник, ВГУ).

В результате проведенных расчетов для различных значений константы относительной диэлектрической проницаемости мембраны было получено, что значение данной константы оказывает влияние только на распределение напряженности электрического поля и концентраций в области нарушения электронейтральности. Кроме того, величина определяет размер области мембраны, в которой нарушается электронейтральность. Полученные оценки показывают, что толщина области нарушения электронейтральности в мембране растет как , где а – константа порядка см. Малая величина ОПЗ в мембране приводит к тому, что скачок потенциала в данной области пренебрежимо мал. Таким образом, показано, что влиянием области нарушения электронейтральности в мембране на расчет внутренних характеристик мембранной системы можно пренебречь.

Результаты расчета теоретической толщины диффузионного слоя по модели были сопоставлены с экспериментальными данными, полученными методом лазерной интерферометрии В.И. Васильевой и В.А. Шапошником. Получено качественное совпадение результатов для случая катионообменной мембраны.

Как было показано в рамках модели, не учитывающей диссоциацию воды и сопряженную конвекцию, в диффузионном слое не достигается значение напряженности электрического поля для существенного ускорения реакции диссоциации воды. Распределение напряженности электрического поля, рассчитанное по модели с учетом диссоциации воды и сопряженной конвекции показывает, что такой механизм становится еще менее вероятным при учете влияния ионов Н+ и ОН- и сопряженной конвекции на величину ОПЗ и напряженности электрического поля. В то же время в мембране вблизи межфазной границы, где локализованы ионизированные ионогенные группы, реакция диссоциации протекает с непосредственным их участием, превышая скорость диссоциации чистой воды на несколько порядков.

ВЫВОДЫ

1. Построена теория переноса ионов через двойной электрический слой на границе мембрана/диффузионный слой (I). Выявлены три режима переноса ионов в мембранной системе при токах выше предельного: квазиравновесный, промежуточный, режим Шоттки. Получены приближенные аналитические формулы для нахождения концентрации противоионов и напряженности электрического поля на границе диффузионный слой (I)/мембрана, соответствующие найденным режимам.

2. Показано, что в диффузионном слое не существует условий для ускорения скорости реакции диссоциации воды и что диссоциация воды протекает на границе мембрана/раствор в фазе мембраны с непосредственным участием каталитически активных ионогенных групп.

Перейти на страницу:
7 8 9 10 11 12 13 14

Земноводные. Особенности организма
Земноводных считают вездесущими животными, поскольку этим практически голым созданиям дана возможность обитать и производить потомство в самых различных водных средах и, как ни удивительно, ...

Многофункциональность кожного покрова амфибий
Из учебной литературы известно, что кожа у земноводных голая, богата железами, которые выделяют много слизи. Эта слизь на суше защищает от высыхания, облегчает газообмен, а в воде уменьшает ...

Благоприобретённые призраки
Благоприобретённые призраки ...