их. Дещо менш суворим, але дає можливість отримати уявлення про фізичної сутності спостережуваних явищ, виявляється шлях використання тих чи інших модельних уявлень.
Модельні уявлення про будову іонообмінного матеріалу почали створюватися задовго до отримання перших синтетичних іонообмінних мембран (1949-1950 рр.).
У 30-х роках на основі вивчення коллодієвиє, скляних і фізіологічних перегородок Теорелля, а також Мейер і Сивере запропонували розглядати іонообмінні мембрани як набряклий гель з рівномірно розподіленим по всьому об'єму зарядом матриці. Крім того, передбачалося, що мембрана має настільки великим механічним опором протіканню, що можна знехтувати конвективними потоками, пов'язаними з кінцевою швидкістю руху центру ваги рідини, що знаходиться в мембрані. [28, 36] Для опису стану кордону іоніту з розчином була залучена теорія Доннана про рівновагу розчину з напівпроникною мембраною. Відповідно до цієї теорією на кордоні іонообмінної мембрани з рідиною встановлюється рівновага, умова якого для електроліту може бути записано у вигляді
де аi і zi-активність і заряди іонів; риса над літерними позначеннями показує, що величина відноситься до фази іоніту) і виникає потенціал, званий доннановскім потенціалом,
Необхідними умовами при розрахунках були припущення про сталість концентрації фіксованих іонів і відносини подвижностей в мембрані противо- і коіонов, а також допущення повної дисоціації розчину всередині і поза іоніту. Але стосовно до синтетичним Іонітів розвинена теорія давала тільки якісні результати. Це пов'язано з тим, що перераховані вище припущення не виконуються в реальних системах, де можливі специфічні взаємодії іонів з йоногенних групами і з матрицею мембрани і де конвекція може мати істотне значення.
Подальшому удосконаленню цієї моделі присвячені роботи Теорелля і Шмідта. Запропонована останнім модель тонкопорістой мембрани (докладніше вона буде розглянута нижче) в даний час є найбільш загальною.
. Мембрана
Поняття «проникний мембрана» означає деяку об'ємну фазу, що розділяє дві інші фази і відчутно допомагає в загальному випадку різне опір проникненню частинок, що відрізняються своєю природою. Зазвичай вважають, що товщина мембрани мала в порівнянні з іншими її розмірами.
Якщо при обговоренні переносу не цікавитися фізичними причинами, які зумовлюють селективну проникність мембрани, то останню можна розглядати як двовимірну прикордонну площину між двома фазами. В іншому випадку слід детально розбирати будова об'ємної фази мембрани. Враховуючи сказане вище про геометричних розмірах мембран, при описі явища зазвичай користуються двома координатами: просторової координатою х, спрямованої перпендикулярно прикордонним площинах мембрани, і часом.
У відповідності з моделлю тонкопорістой мембрани перед-годиться, що матеріал каркаса утворює жорстку матрицю, яка є «геометричним обрамленням для рідкого середовища пір». У мембрані чергуються області, що складаються з матеріалу матриці, з областями, заповненими рідиною, причому ця «рідина пір» являє собою суміш компонентів зовнішнього фази. Матриця мембрани одночасно служить носієм фіксованих електричних зарядів (йоногенних груп або адсорбованих іонів). Развиваемая модель допускає абсолютно довільну форму пір: регулярне шарувату будову (набухающие мінерали); статистично розподілену сітку (набухающие високополімера); структуру, подібну до губки. Основним для цієї моделі є припущення, що середній діаметр пір настільки малий, що розподіл різних компонентів середовища в поперечному перерізі пори близько до гомогенного. На практиці це відповідає розмірам пір порядку від одиниць до 102.
Перешкоди для проходження будь-якого компонента зовнішньої фази повинні розподілятися по всій масі мембрани більш-менш рівномірно, а не зосереджуватися тільки в прикордонних площинах. Рівновага встановлюється на кордоні мембрани з розчином. Звичайно, це в значній мірі ідеалізоване уявлення, реальна мембрана не має строгих граничних площин.
. 2.2 Електропровідність і виборча проникність іонообмінних мембран
Одним з найбільш цікавих і практично важливих властивостей іонообмінних мембран є їх селективність, т. е. проникність для іонів тільки одного знака заряду. Фізична причина селективності мембран поміщена в особливостях будови іонітів. Висока концентрація фіксованих йоногенних груп в мембрані перешкоджає вирівнюванню шляхом дифузії концентрацій противо- і коіонов в розчині і іоніте. Це пояснюється тим, що аніони і катіони в кожній з фаз пов'язані між собою умовою електронейтральності. У результаті на кордоні фаз виникає електричне поле, яке компенсує прагнення кожного виду іонів до дифузії і призводить до встановлення рівноваги. Від величини різниці електричних потенц...
