Конкурентный перенос ионов в электро-баромембранных процессах

Объектом исследования является способ разделения одно- и многозарядных ионов при одновременном наложении на мембрану градиентов электрического потенциала и давления. Цель исследований – получение количественных результатов, необходимых для технико-экономической оценки разрабатываемого метода электро-баромембранного разделения ионов. В рамках экспериментальных работ проведена серия экспериментов по разделению ионов лития и калия на укрупненной электро-баромембранной ячейке, выполнена серия экспериментов по разделению однозарядных хлоридов и дигидрофосфат-анионов в лабораторной электро-баромембранной ячейке с использованием мембран из пористого анодного оксида алюминия, а также с использованием трековой мембраны TM#811. Проведено детальное экспериментальное исследование свойств трековой мембраны ТМ#811 с использованием растровой электронной микроскопии (измерения гидродинамической проницаемости, электропроводности, диффузионной проницаемости, заряда поверхности, обменной емкости, плотности). В рамках теоретических исследований с помощью разработанной модификации микрогетерогенной модели установлено, что свойства ТМ#811 близки к свойствам ионообменных мембран, содержащих макропоры. Разработанная ранее математическая «pore-flow» модель конкурентного переноса ионов в процессе электро-баромембранного разделения ионов была усовершенствована с целью описания полученных экспериментальных данных. Проведен сравнительный анализ традиционных (реагентных) и мембранных методов извлечения лития из первичных (минералы, концентрированные рассолы) и вторичных (отработанные литий-ионные аккумуляторы) источников. Сделан обзор и проанализированы перспективы мембранных методов извлечения лития. На основе данного анализа и собственных результатов предложена схема многоступенчатого процесса получения Li2CO3 с использованием селективного электродиализа, гибридного электро-баромембранного метода и электродиализа. Электро-баромембранный метод представляется исключительно перспективным для использования в технологиях выделения ценных/вредных компонентов из природных и промышленных растворов. Высокая селективность и значительные плотности потоков выделяемых компонентов при беспрецедентно низких энергозатратах делают электро-баромембранный метод весьма привлекательным.