зації електричним струмом. Падіння потенціалу на мембрані являє собою суму декількох складових: потенціалів Доннана на кордонах мембрана - розчин, омічного падіння напруги на монополярних шарах, яке визначається структурою шарів і типом носія заряду; падінням потенціалу на біполярної кордоні.
При поляризації БПМ струмом в перенесенні беруть участь головним чином іони Н + і ОН -. Швидкість реакції дисоціації, що протікає в області просторового заряду, визначає кількість переносників струму, що відбивається на вигляді ВАХ. Вимірювання ВАХ дозволяє досліджувати лімітуючі стадії процесу дисоціації води, які пов'язані з: перенесенням води з об'єму розчину до біполярної кордоні; реакцією дисоціації молекул води; міграційним виносом продуктів реакції під дією електричного поля. При високих щільності струму, або високих швидкостях розгортки ВАХ (0,943 А/(дм 2 · с)) досягається граничний струм, пов'язаний сповільненій доставкою води в зону реакції. Вимірювання ВАХ біполярної області дозволяє дослідити реакцію дисоціації води, яка протікає на активних центрах в ОПЗ [10, 24].
Найбільш простим методом вивчення залежності падіння напруги на мембрані в цілому від щільності струму є вивчення статичних та динамічних вольтамперних характеристик [5, 7].
. 4.2 Метод частотного спектра електрохімічного імпедансу
Застосування методу пов'язано з вимірюванням відгуку об'єкта дослідження на дію змінного електричного струму, в деяких випадках накладеного на постійний електричний струм.
У електрохімії розвиток метод отримав як інструмент для вивчення механізму і кінетики електродних реакцій [3, 19]. Для опису частотних спектрів імпедансу найбільш простих електрохімічних систем був розроблений підхід для опису кінетики різних реакцій - метод еквівалентних схем. Простота такого опису дозволила застосувати імпеданс для дослідження кінетики різних електрохімічних процесів. Цей підхід був використаний і при дослідженні біполярних мембран [8] для виділення із загального імпедансу і перенапруги на мембрані імпедансу і перенапруги біполярної області.
Підхід, викладений у роботах [3, 5] дозволяє досліджувати гетерогенну хімічну реакцію, яка протікає на біполярної кордоні, а також визначити парціальні вольтамперні характеристики монополярной і біполярних областей [7, 8]. Виділення перенапруги біполярної області дозволило розвинути теорію будови реакційної області біполярної мембрани - ОПЗ [34].
Метод імпедансу дозволив оцінити зверху товщину шару (? 1 нм), який імовірно розділяє Катіонообменная і аніонообмінна шари в двошаровою біполярної мембрані, товщину модифицирующего шару в перфторовані мембранах, геометрію пір, радіус, глибину і число пір, питому поверхню пористої вугільної мембрани і пористого титанового електроду, а також справжню площа поверхні твердих тіл.
За допомогою даного методу можна розрахувати кінетичні константи реакції дисоціації молекул води, релаксація якої в реакційному шарі вносить свій внесок у частотний спектр, однак цей розрахунок можливий за умови коректної розшифровки еквівалентної схеми мембранної системи з урахуванням всіх основних процесів , що протікають на мембрані, і структурних особливостей міжфазної межі.
Незважаючи на успішне моделювання окремих процесів, досі відсутній опис системи мембрана/розчин, досить повне як для розрахунку кінетичних констант реакції дисоціації води, так і для розрахунку параметрів, що характеризують область просторового заряду і реакційний шар з-за великого числа параметрів, від яких залежить частотний спектр імпедансу [27].
Висновок за аналітичного огляду:
Аналіз літературних даних показує, що здатність іонообмінних БПМ до генерації іонів Н + і ОН - знаходить численні застосування в технологічних процесах. Проте впровадження біполярного електродіаліз часто обмежується високою собівартістю мембран.
Виходом могло б служити використання відносно не дорогих, в порівнянні з гомогенними, гетерогенних мембран. Але їх практичне застосування обмежується незбалансованими електрохімічними характеристиками: перенапруженням біполярної області, загальним падінням потенціалу на мембрані, виходом по струму Н + і ОН - і числами переносу іонів солі. Так промислова гетерогенна біполярна мембрана МБ - 2 має високу напругу навіть при невеликій щільності струму, що робить неможливим її практичне застосування, хоча й високі числа переносу іонів водню і гідроксилу. Мембрана МБ - 3, навпаки, має низька робоча напруга, однак низькі числа переносу іонів водню і гідроксилу в розчинах кислоти і луги з концентрацією вище 0,5 М навіть при високих щільності електричного струму (вище 2 А/дм 2). Крім того при виробництві цієї мембрани використовується катіоніт КФ - 1, яки...
