Изучение нестационарного переноса ионов в процессах нейтрализационного диализа с ионообменными мембранами

Цель: выявление закономерностей протекания двух процессов - обессоливания раствора сильного электролита и релаксационных колебаний рН в камере обессоливания ячейки нейтрализационного диализа (НД) с ионообменными мембранами (ИОМ). Проведено теоретическое и экспериментальное исследование процесса НД с целью выяснения механизма переноса ионов, сопряженного с протеканием реакции автопротолиза воды. Разработана нестационарная одномерная математическая модель процесса НД в системе, состоящей из двух ионообменных мембран, разделяющих проточные камеры с растворами кислоты, щелочи и соли. В модели: учтены структура мембран (в рамках микрогетерогенной модели), а также потеря эффективной обменной емкости анионообменной мембраны (в результате депротонирования вторичных и третичных аминогрупп) как функции локального значения рН; теоретически и экспериментально изучены процессы обмена ионов соли с ионами H⁺ и OH⁻ через ИОМ, а также рекомбинации ионов H⁺ и OH⁻ в камере обессоливания (сформированной КОМ и АОМ) в зависимости от физико-химических параметров мембран и скорости протока жидкости; проведены поиск факторов, позволяющих управлять процессом НД, и эксперименты по определению обменной емкости, набухаемости, диффузионной проницаемости, концентрационных зависимостей электропроводности мембран, выбранных в ходе выполнения проекта; изучены диффузия ионов соли через мембрану в растворах с разными значениями рН, а также процесс взаимной диффузии ионов Na⁺ и Н⁺ через КОМ и Cl⁻ и ОН⁻ через АОМ.С целью выяснения влияния концентрации и рН внешнего раствора на электрохимические и транспортные характеристики АОМ разработана конститутивная модель набухания АОМ мембраны, в которую интегрирована микрогетерогенная модель. Результирующая новая модель стала значительным шагом вперед в теории сорбции и транспортных свойств заряженных мембран. По сравнению с конститутивными моделями, описывающими набухание полиэлектролитных гелей, новая модель позволяет описывать транспортные свойства. В сравнении с микрогетерогенной моделью в ее классическом виде, где коэффициенты диффузии ионов в гелевой фазе мембраны и объемная доля межгелевых промежутков являются постоянными параметрами, теперь значения этих параметров стали функциями влагосодержания мембраны.