Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ИГ ИД ИЗ ИМ ИН ИО ИС ИЮ

Идеальная мембрана

 
Идеальная мембрана должна обладать большим количеством однородных пор такого размера, чтобы допускать наибольшую проницаемость жидкости при одновременном задерживании каучука.
Для идеальных мембран о 1, а на практике о 1, так как селективная проницаемость мембран не является идеальной. Скорость переноса соли s ( же сект1 между нижней частью элементарной ячейки и элементом АВ определяется из баланса массы соли. Полагают, что перенос воды между двумя отделениями незначительный.
Разумеется, изготовить такую идеальную мембрану практически невозможно, но можно получить материал со свойствами, близкими к теоретическим при низких концентрациях электролита. Таким материалом являются ионитовые мембраны.
Поэтому набухшая в воде или растворе идеальная мембрана является полиэлектролитом с униполярной проводимостью в отличии от растворов электролитов, в которых ток переносят и катионы, и анионы.
Потенциалы мембраны в уравнениях ( 4 - 8) относятся к идеальным мембранам, проницаемым только для катионов или только для анионов. На практике всегда происходит некоторый перенос ионов с противоположным знаком, так как катионо - и анионообменные смолы всегда захватывают некоторое количество анионов и катионов из растворов, с которыми они находятся в контакте.
Чаще всего используются мыльные или белковые пленки, которые практически можно считать идеальной мембраной. Основным недостатком жидких пленок являются их непрочность и ограниченное время существования. Тонкая резиновая пленка лишена этих недостатков и удобна для демонстраций, но дает некоторую погрешность на контуре области, который из-за наличия трения создает неоднородности в натяжении пленки.
Мембраны разделяются в зависимости от проницаемости, селективности, стабильности и однородности размеров пор. Идеальная мембрана характеризуется высокой устойчивостью к действию химических реагентов, физической стабильностью и узким распределением по размерам пор.
В электрохимии ионообменных материалов введено понятие об идеальной ( совершенной) ионитовой мембране, изготовленной из структурно однородного ионообменного материала. Идеальная мембрана обладает униполярной проводимостью и проницаема только для ионов одного знака заряда. Для идеально селективной мембраны числа переноса ( доля тока, переносимого ионами данного вида), в фазе мембраны и во внешнем растворе электролита не отличаются одно от другого, поэтому их принимают равными единице. Следовательно, степень селективности идеальной мембраны также равна единице.
Электромеханические аналоги. Практически диафрагмы всегда колеблются с той или, иной величиной изгиба от центра к краям, Для уменьшения изгиба применяют гофрировку на краях диафрагмы. Идеальная мембрана представляет собой абсолютно гибкую пластину, упругость которой придается только ее натяжением по периметру. Мембрана представляет собой систему с распределенными параметрами. В пьезоаппаратуре механическая система иногда имеет вид пластинки, зажатой по бдному краю.
Кроме влияния на омическое сопротивление, концентрационная поляризация на поверхности мембрана - раствор сама по себе очень существенна. При этом даже идеальная мембрана будет функционировать с выходом по току Ti 0 5, так как перенос ионов Н не относится к обессоливанию.
Механические системы конструктивно представляют собой диафрагмы ( пластины различной формы), стержни и мембраны. Обычно рассматривают два крайних - случая: идеальная диафрагма и идеальная мембрана.
Ионообменные мембраны бывают катионитовые и анионито-вые. Вторые содержат ионогенные группы основного характера, а в диффузном слое находятся подвижные анио-ныт Идеальные мембраны с числами переноса по одному из ионов, равными единице, изготовить практически невозможно.
Но обычно уменьшение содержания воды при сгущении приводит к снижению скорости химических и биохимических процессов. Концентрирование с помощью мембран основано на том, что состав жидкости может быть изменен при пропускании ее через мембрану с ислсшивной проницаемостью. Идеальная мембрана должна быстро пропускать необходимое вещество из раствора, но быть барьером для всех других компонентов.
Толщина мембран в значительной степени влияет на ее механическую прочность; от толщины мембраны в свою очередь зависит ее электрическое сопротивление. Идеальная мембрана должна иметь толщину, равную нескольким молекулам, что практически не осуществимо, так как такая мембрана весьма хрупкая, легко прогибается под давлением и оказывает ( слабое сопротивление ударам и вибрациям, а также поддается пластической деформации.

Избирательность условно можно охарактеризовать числом переноса ионов, для которых мембрана считается непроницаемой. Число переноса равно доле этих ионов от общего количества ионов ( положительных и отрицательных), проходящих через мембрану. Например, идеальная мембрана из сульфированного полистирола должна быть непроницаемой для отрицательных ионов. Аналогично мембрана из смолы с четырьмя аммонийными группами, непроницаемая для положительных ионов, должна иметь в идеальном случае число переноса t - Q. Если число переноса равно 0 3, то это означает, что 30 % ионов, проходящих через мембрану ( расчет ведут по законам Фарадея), относятся к ионам утечки, для которых мембрана предполагается непроницаемой.
Идеальной селективно проницаемой мембраной можно назвать мембрану, которая при приложении к ней градиента электрического потенциала пропускает сквозь себя катионы и препятствует проникновению анионов или наоборот. Таким образом, в фазе мембраны число переноса проникающего иона равно единице, тогда как для иона противоположного заряда оно обязательно равно нулю. Так обстоит дело с идеальными мембранами вне зависимости от концентрации во внешнем растворе. Кроме того, мембрана должна быть механически прочной, гибкой и способной подвергаться высушиванию и колебаниям температуры без изменения ее физических или электрохимических свойств. Гидравлическая прочность мембраны должна быть достаточно высокой, чтобы при условии соответствующего ее крепления можно было работать под давлением.
Дальнейшее повышение минерализации даже при избытке в глинистом растворе реагентов ( УЩР, гипан, окзил, КМЦ, ССБ и др.) вызывает осмос отрицательного направления. Осмос полнее проявляется через корки из глин с большей способностью связывать воду. Скорости осмоса в общем случае не строго пропорциональны перепаду концентраций даже одного электролита в граничащих средах, в чем проявляется одно из отличий фильтрационных корок от идеальных мембран.
Конструктивно механические системы представляют собой различной формы диафрагмы и мембраны. Практически диафрагмы всегда колеблются с той или иной величиной изгиба от центра к краям. Для уменьшения изгиба применяют гофрировку на краях диафрагмы. Идеальная мембрана представляет собой абсолютно гибкую пластину, упругость которой придается только ее натяжением по периметру. Мембрана представляет собой систему с распределенными параметрами.
В электрохимии ионообменных материалов введено понятие об идеальной ( совершенной) ионитовой мембране, изготовленной из структурно однородного ионообменного материала. Идеальная мембрана обладает униполярной проводимостью и проницаема только для ионов одного знака заряда. Для идеально селективной мембраны числа переноса ( доля тока, переносимого ионами данного вида), в фазе мембраны и во внешнем растворе электролита не отличаются одно от другого, поэтому их принимают равными единице. Следовательно, степень селективности идеальной мембраны также равна единице.
Осмотическое давление в клетках подчиняется газовым законам. При этом следует учитывать, что на осмос значительное влияние оказывает структура живых образований и процессы жизнедеятельности в организмах. В организм постоянно должны поступать питательные вещества. Если бы оболочка клеток была идеальной мембраной, пропускающей только молекулы растворителя, но препятствующей проникновению молекул растворенного вещества, то процессы питания были бы невозможны, что естественно привело бы к гибели организма.
Схематичное изображение оболочки упорядоченной воды ( толщиной / вблизи поры в гидрофильной мембране.| Зависимость энергии активации транспорта от содержания воды в мембране ( О - Н2О, Д - NaCl. Толщина слоя воды на других границах, например на границе раздела мембрана - раствор, будет меняться в зависимости от изменения химической природы растворенного вещества и границы раздела ( см. гл. В том случае, когда на границе раздела содержатся поры, диаметр которых d 2t ( рис. 2.28), приложенное давление, превышающее осмотическое, будет вызывать проникновение слоя чистой воды через мембрану, не пропуская более концентрированный раствор соли. Достоинство этой модели заключается в ее способности отражать свойства как раствора, так и химические и физические свойства мембраны. Вариации значений проницаемости и селективности могут быть объяснены существованием пор различных размеров. В действительности, как теперь предполагают, существует два вида распределения пор по размерам: многочисленные малые поры размером, приблизительно равным 2t ( г. 10 А), что характерно, очевидно, для идеальных мембран, и случайные большие поры ( 100 А), которые обусловлены наличием дефектов в поверхностном слое асимметричных мембран ( см. гл.
Из рассмотрения уравнений ( 1) и ( 2) становится очевидно, что при равновесии концентрации ионов калия и хлора в фазе мембраны сильно отличаются друг от друга, если концентрация фиксированного иона в мембране велика, например в случае мембран, изготовленных из синтетических ионитов. Поскольку числа переноса ионов в системе зависят как от их относительных концентраций, так и от их подвижностей, в фазе мембраны число переноса более концентрированного иона ( иона калия в приведенном выше случае) будет значительно превышать эту же величину в растворе электролита. Если [ А - ] велика, [ С1 - ] будет относительно небольшой и число переноса иона хлора будет почти равно нулю. Следовательно, эта мембрана является в сильной степени селективно проницаемой для катионов, в нашем случае - для иона - калия. Этот эффект увеличивает число переноса ионов хлора и снижает селективную проницаемость по отношению к катионам. При снижении концентрации электролита селективная проницаемость приближается к теоретическому максимуму для идеальной мембраны. Однако в каждом электролитическом процессе концентрации ионов имеют вполне ощутимые величины, и поэтому полная селективная проницаемость является идеализированной ситуацией, представляющей небольшой интерес для практики. К ней можно приблизиться при умеренных концентрациях электролитов, если применять мембраны с высокой обменной емкостью или, что то же, с высокой концентрацией фиксированного иона.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11