2.2. Методы определения емкости мембран

2.2.1. Метод определения статической емкости мембран

Предварительно поверхность мембраны протирали ватным тампоном, смоченным четыреххлористым углеродом, для удаления масляной пленки. По истечении 5-10 мин растворитель улетучивается с поверхности мембраны и ее погружали в этанол. Через сутки мембраны помещали в раствор хлорида натрия концентрации 100 г/л, а затем на сутки в раствор с концентрацией 30 г/л. После этого мембраны выдерживали в дистиллированной воде двое суток и далее обрабатывали по 2 суток последовательно: катионообменную мембрану 10% соляной кислотой, дистиллированной водой, 10% щелочью и затем промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции по фенолфталеину; анионообменные – 10% щелочью, дистиллированной водой, 10% соляной кислотой и затем промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции по метиловому оранжевому.

Подготовленные для испытаний мембраны нарезали ножницами на мелкие кусочки и переносили соответствующей кислотной или щелочной обработкой в течение 48 часов в водородную (катионообменная мембрана) или гидроксильную (анионообменная мембрана) форму. Кусочки мембраны промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции, которая должна сохраняться в течение суток, и отжимали от избытка влаги фильтровальной бумагой. В полученном образце определяли статическую обменную емкость по методике аналогичной для гранул ионообменников [28].

Для определения обменной статической емкости, которая характеризует концентрацию противоионов применяли реакции ионного обмена. Для катионообменной мембраны проводили реакцию

, (2.3)

а для анионообменной мембраны

Следовательно, взяв навеску мембраны и залив его раствором щелочи или кислоты определенного объема и концентрации, мы после суток протекания реакций нейтрализации титровали растворы кислотой или щелочью, а затем рассчитывали величину обменной емкости [29].

2.2.2. Определение неравновесной емкости ионообменных мембран

Для определения неравновесной емкости ионообменных мембран был изготовлен электродиализатор из семи плексигласовых секций (рис.11). В секцию 1 и 7 поместили электроды из платины. Между секциями помещали анионообменные мембраны МК-41 и катионообменные мембраны МК-40 в порядке, указанном на рис. 11. Секции скрепляли пластинами и шпильками. Перед работой секции 1,3,5,7 заполняли раствором 0.001 моль/л, секции деионизации 2 и 6 раствором 0.5 моль/л нитрата аммония. Секцию 4 заполняли исследуемыми растворами хлорида натрия. Для проведения электродиализа аппарат, представленный на рис.11, включали в цепь постоянного тока. Электрическое стабилизированной напряжение в пределах 20-600 В на клеммах аппарата поддерживалось универсальным источником питания УИП-1. Напряжение на электродах измеряли универсальным ламповым вольтметром ВК 7-7 с точностью ± 2.5%. Высокое входное сопротивления вольтметра (более 10 МОм см) обеспечивало прохождение через него 0.02% общего тока, поэтому его влиянием на процесс можно было пренебречь. Контроль силы тока в цепи осуществляли показывающим амперметром М 104 (класс точности 0.5), включенным последовательно в цепь с источником питания и электродиализатором.

Рис. 11. Схема электродиализатора для исследования неравновесной емкости ионообменных мембран. А- анионообменные, К - катионообменные мембраны.1-7 –номера секций.

Определение неравновесной емкости проводили в две стадии. На первой в раствор секции 4 помещали раствор хлорида натрия. Катионы натрия при наложении на систему разности электрических потенциалов мигрировали по направлению к катоду из раствора секции 4 в катионообменную мембрану, разделяющую секции 4 и 5, и далее в раствор секции 5. Дальнейше миграции к катоду катионов натрия препятствовала анионообменная мембрана, разделяющая секции 5 и 6. В связи с этим катионы натрия концентрировались в растворе секции 5. Электронейтральность раствора в секции 5 сохранялась за счет электромиграции в нее нитратных анионов. Анионы хлора мигрировали по направлению к аноду в анионообменную мембрану, разделяющую секции 3 и 4, в раствор секции 3. Дальнейшей миграции их к аноду препятствовала малопроницаемая для них катионообменная мембрана, разделяющая секции 2 и 3. Электронейтральность в секции 3 созранялась за счет встречной миграции ионов аммония через катионообменную мембрану, разделяющую секции 2 и 3.

При проведении экспериментов следили за ходом зависимости плотность тока – время и по достижении минимального значения процесс прекращали. При достижении минимального значения плотности тока в цепи растворы из секций сливали, все секции, кроме секции 4, заполняли такими же растворами, как и на первой стадии. В секцию 4 помещали 0.01 моль/л раствор нитрата аммония. После этого вновь включали постоянный электрический ток, под действием которого катионы натрия из катионообменной мембраны, разделяющей секции 4 и 5, мигрировали в раствор сек-

Рис. 12. Схема электродиализа при электрохимической десорбции ионов натрия из катионообменной мембраны, разделяющей секции 4 и 5, а также ионов хлора из анионообменной мембраны, разделяющей секции 3 и 4. А – анионообменные, К – катионообменные мембраны, 1- 7 – номера секций электродиализатора.

ции 5, а ионы хлора в раствор секции 3 (рис.12). Контроль процесса проводили по плотности тока. При достижении ее минимального значения сливали растворы из секций 3 и 5 в мерные колбы и определяли в них содержание ионов натрия в растворе секции 5 методом пламенной фотометрии, а содержание хлоридных ионов в растворе секции 3 методом меркуриметрического титрования. По данным титрования рассчитывали емкость мембраны.