ізні типи іонообмінних монополярних мембран і їхнє різне сполучення. Так до гетерогенним біполярним мембранам відносяться вітчизняні мембрани МБ - 1, МБ - 2, МБ - 3, монополярні шари яких ідентичні випускається монополярним Катіонообменная (МК - 40, МК - 41) і аніонообмінна (МА - 40, МА - 41) мембранам в різному поєднанні таблиця [1].
Таблиця 1
Характеристики промислових біполярних мембран
Марка БПМКО мембрана АТ мембранаІоногенние группиМБ - 1МК - 40 МА - 40-SO ??3 H? N,=NH, -NH 2 МБ - 2МК - 40 МА - 41-SO 3 H -N + (CH 3) 3 МБ - 3МК - 41 МА - 41-PO 3 H 2, -PO 3 H -, -N + (CH 3) 3
Електрохімічні властивості монополярних шарів БПМ обумовлюють здатність противоионов і коіонов брати участь у процесах переносу. Присутність в мембрані коіонов пов'язано з поглинанням електроліту мембраною з розчину, як гелевими ділянками (доннановское рівновагу), так і межгелевимі проміжками. При протіканні електричного струму коіони можуть переноситися в гетерогенної мембрані за рахунок міграції в електричному полі, а також дифузією, в основному по межгелевим проміжкам, що і є причиною неселективного переносу іонів солі через монополярні шари БПМ.
Селективність монополярних шарів значною мірою визначається ступенем дисоціації фіксованих груп та їх концентрацією [2]. Щоб зменшити перенесення іонів солі через біполярну мембрану в якості Катіонообменная і аніонообмінна шарів використовуються мембрани з сильнокислая і сільноосновним групами. Дисоціація цих груп пригнічується в меншій мірі, ніж слабокислотних (карбоксильних) і слабоосновних (первинні, вторинні, третинні аміногрупи), коли біполярна мембрана знаходиться в контакті з розчином кислоти і луги.
Використання монополярних шарів, що містять у своєму складі йоногенних групи з високим ступенем дисоціації, дозволяє підвищити числа переносу іонів Н + і ОН - через біполярну мембрану, але призводить до високого робочій напрузі наней, що робить її непридатною для практичного застосування. З іншого боку, робоча напруга на біполярної мембрані мало у разі застосування в Катіонообменная шарі фосфонових (слабокислотних) йоногенних груп або третинних аміногруп (слабоосновних) в аніонообмінна шарі, проте в цьому випадку зростають числа переносу іонів солі через мембрану внаслідок придушення ступеня дисоціації йоногенних груп, зниження обмінної ємності катіонообенного і аніонообмінна шару і збільшення концентрацій іонів солі за рахунок їх необмінної сорбції в цих шарах. Таким чином, вимоги до складу Катіонообменная і аніонообмінна шарів біполярної мембрани з погляду чисел переносу іонів і робочої напруги на мембрані є взаємно протилежними [4].
Збільшення чисел переносу коіонов солі при збільшенні концентрації електролітів у прилеглих до мембрани розчинах можна пояснити тим, що при цьому концентрація коіонов на кордоні мембрана - розчин з боку мембрани збільшується, і у фазі мембрани збільшується градієнт концентрації коіонов [ 4]. Таким чином, зі збільшенням концентрації зовнішніх розчинів збільшується як міграційний, так і дифузійний потік.
Так як дифузійний потік слабо залежить від щільності струму, то при високих щільності струму числа переносу коіонов стають набагато менше, ніж числа переносу іонів водню і гідроксилу [10]. Це пов'язано з малим внеском дифузійного потоку речовини до біполярної кордоні в загальний потік при великих плотностях струму. Подальші дослідження показали [6], що перенесення коіонов солі при поляризації БПМ відбувається в основному по межгелевим проміжкам і порах. Зменшення кількості іонізованих груп (наприклад, внаслідок розігріву мембрани, як у МБ - 2, і часткового дезаминирования) призводить до збільшення числа переносу коіонов [6] внаслідок збільшення доннановской (необмінної) сорбції.
Перенесення двозарядних іонів через БПМ набагато менше однозарядних, внаслідок їх більшого електростатичного відштовхування від однойменно заряджених фіксованих іонів в тих шарах БПМ, де вони є коіонамі [2].
. 1.2 Механізм дисоціації води в біполярних мембранах
Існує кілька моделей будови біполярної області: модель «нейтрального» шару, модель області просторового заряду, модель гетерогенної біполярної кордону.
Модель області просторового заряду описує область контакту катіонообмінники і анионообменника як аналог pn переходу на межі розділу напівпровідників р- і n-типу [24]. У цій області формується подвійний електричний шар - область просторового заряду - з високою напруженістю електричного поля. Розподіл електричного потенціалу Е (x) в ОПЗ в цій моделі описується системою рівнянь Пуассона - Больцмана. Рішення цієї системи рівнянь у наближенні Шотткі (ОПЗ розглядається як виснажений по носіях заряду шар, передбачається, що в ОПЗ відсутні ру...
