Введение к работе
з
Актуальность проблемы
Синтетические мембраны широко используются для осуществления многих технологических процессов в различных отраслях промышленности.
В химической технологии их применяют для разделения рабочих сред, очистки газов и жидкостей, проведения химических реакций с участием границы раздела двух несмешивающихся растворов электролитов. Большая часть таких процессов протекает с участием органической фазы, что предполагает одновременное протекание смежных химических и массообменных процессов.
Несомненным достоинством процессов с синтетическими ионообменными мембранами являются:
энергетическая эффективность мембранных процессов;
возможность создания мембран практически с любыми заданными свойствами и параметрами;
сравнительная простота конструкций аппаратов, в которых осуществляются эти процессы.
Весьма актуальным является:
- разработка конструкций, расширяющих сферы применения мембран.
Наряду с традиционными сферами применения такие конструкции могут ис
пользоваться при мониторинге окружающей среды (анализ природных и сточ
ных вод и т.д.),
- установление взаимосвязи между структурой и физико-химическими
свойствами мембраны. Моделирование мембранных процессов дает возмож
ность целенаправленно воздействовать на селективные свойства мембран, из
меняя их структурные и физико-химические свойства.
Химико-технологическая система может быть представлена различными математическими моделями Использование в описании химических систем аппарата дифференциальных уравнений в частных производных и элементов теории поля наталкивается на значительные трудности. При необходимости выявления всех взаимосвязей и слолсной структуры в целом удобно применять топологические модели описания Наиболее интересным является изучение подобных систем описанных в виде топологической структуры - графа, с указанием входных и выходных переменных
4 Цель работы.
Исследование мембранных процессов на границе раздела фаз в равновесных условиях и теоретическое обоснование работы ионообменных мембранных систем с применением метода графов. Создание новых синтетических ионообменных поливилхлоридных (ПВХ)-мембран, модифицированных гидрофобными органическими соединениями. Установление возможности использование ПВХ-мембран для детектирования трехвалентных и двухвалентных металлов в технологических растворах электролитов и сточных водах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработка и изготовление конструкции мембранного модуля;
синтез ионообменных ПВХ-мембран на основе аммониевой соли ауринтрикарбоновой кислоты, 1,2-диоксиантрахинона, 8-оксихинолина и оптимизация параметров мембраны;
исследование мембранных процессов на границе раздела фаз мембрана-электролит на модельных образцах;
разработка математической модели функционирования мембран, селективных к ионам Al3+, Fe3+, Сг3+ и двухвалентным металлам;
теоретическое обоснование и практическое подтверждение возможности использования синтетических ионообменных мембран на основе органических лигандов для детектирования трехвалентных и двухвалентных металлов в многокомпонентных системах.
Научная новизна:
впервые в качестве модификаторов в синтетических ПВХ-мембранах использованы аммониевая соль ауринтрикарбоновой кислоты, 1,2-диоксиантрахинон и 8-оксихинолин;
впервые показано, что метод графов применим для описания процессов потенциалобразования на границе раздела фаз мембрана-электролит,
получено основное уравнение для математического описания функционирования ионообменной мембранной системы в стационарных условиях;
- на основе метода графов получено уравнение, позволяющее прогнози
ровать селективность мембран.
Практическая ценность работы:
исследовано поведение ионообменных ПВХ-мембран на основе аммониевой соли ауринтрикарбоновой кислоты, 1,2 -диоксиантрахинона, 8-оксихинолина;
разработана конструкция и изготовлен мембранный модуль, с помощью которого изучены основные свойства ПВХ-мембран;
проведена количественная оценка избирательности функционирования ионообменных мембранных систем;
определена возможность использования ПВХ-мембран в качестве детекторов многокомпонентных систем в электролитах гальванического производства и сточных водах в лабораторных и промышленных условиях;
показана возможность применения метода графов для моделирования мембранных процессов на границе раздела фаз в равновесных условиях.
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях Ангарской государственной технической академии «Современные технологии и научно-технический прогресс» (2003-2006 г.г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Химия и химическая технология», Иркутск (2006 г.)
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 статьи в центральных изданиях.
Объем и структура работы.
