Перенос ионов в трехслойных ионообменных мембранных системах при интенсивных токовых режимах

В рамках модели дана оценка толщины плотной части ДЭС. Установлено, что плотная часть ДЭС – область ~ 20…100 Ả.

Полученные значения напряженности электрического поля (рис. 1) в первом диффузионном слое (~5х104 В/см, при ) и в области нарушения электронейтральности мембраны (~2х106 В/см, при ) подтверждают факт, установленный ранее в работах В.И. Заболоцкого, Н.П. Гнусина, В.В. Никоненко, К.А. Лебедева, Н.В. Шельдешова, С.Ф. Тимашева, Р. Саймонса, что в диффузионном слое не существует условий для существенного ускорения скорости реакции диссоциации воды.

Рис. 1. Распределение напряженности электрического поля Е в диффузионном слое (I) (безразмерная координата 0≤X≤1) и в области нарушения электронейтральности мембраны (безразмерная координата 1≤X≤2) при плотности тока I = 2·Iпр.

Это означает, что диссоциация воды происходит на границе мембрана/раствор в фазе мембраны с непосредственным участием каталитически активных ионообменных групп. В этой области связь Н-ОН в молекуле воды ослаблена вследствие ее поляризации электрическим полем ионогенной группы. Дополнительная поляризация и ослабление этой связи происходит под действием приложенного к истощенному слою мембраны внешнего электрического поля, напряженность которого достигает величин более 106 В/см.

Показано, что толщина ОПЗ в диффузионном слое растет с увеличением плотности тока, стремясь занять весь диффузионный слой (рис. 2). В таких условиях расчетные вольт-амперные кривые не могут соответствовать экспериментальным данным.

Рис. 2. Распределение плотности заряда в диффузионном слое (I) при различных значениях безразмерной плотности тока (пространственная координата – безразмерная):

1 – ; 2 – ; 3 – ; 4 – .

Таким образом, для достижения адекватности расчетных вольт-амперных кривых экспериментальным данным необходим дополнительный учет в математической модели диссоциации воды и сопряженной конвекции, которая приводит к частичному разрушению диффузионного слоя.

В пятой главе рассмотрен электродиффузионный перенос четырех сортов ионов (Na+, Cl-, H+, OH-) в трехслойной мембранной системе при плотностях тока выше предельного. В предложенной математической модели одновременно учитывается диссоциация молекул воды, нарушение электронейтральности в диффузионном слое (I) и в мембране, а также изменение толщины диффузионного слоя (I) в зависимости от плотности электрического тока в системе i.

В основе созданной математической модели лежит тот же подход, который использовался в главе 4. Существенным отличием данной модели от модели, описанной в главе 4, и от предшествующих моделей, известных в литературе, является то, что учитывается скорость диссоциации воды в мембране на ионогенных группах в тонком реакционном слое zrec на границе диффузионный слой (I)/мембрана с помощью уравнения, полученного Н.В. Шельдешовым:

Перейти на страницу:
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Многообразие форм поведения
Поведение – это врожденные активные действия животного и их вариации в ответ на воздействие внешних и внутренних факторов. Все разновидности индивидуального, репродуктивного и социального п ...

Птицы. О гусеобразных
Птицы. О гусеобразных К многочисленному отряду гусеобразных, обитающих на всех материках земного шара, относятся утки, гуси, лебеди, казарки, гаги. ...

Мухи
Эти миниатюрные создания проявляют удивительную способность ощущать окружающий мир, целенаправленно действовать соответственно обстановке, быстро двигаться, ловко манипулировать своими коне ...