Глава 2 материалы, аппаратура и методы работы

2.1. Способ изготовления и паспортные характеристики

Ионообменных мембран

В работе нами были использованы гетерогенные катионообменные мембраны МК-40 и анионообменные мембраны МА-41 изготовленные на предприятии ОАО «Щекиноазот». Катионообменные мембраны МК-40 были приготовлены из композиции, содержащей 65% мелкоизмельченного до 50 мкм с помощью струйно - эжекторной мельницы сильнокислотного катионообменника КУ-2 в натриевой форме, и полиэтиленового порошка с размером частиц менее 0.5 мкм. Анионообменные мембраны МА-41 были приготовлены из композиции высокоосновного анионообменника АВ-17 (65%) в хлоридной форме и порошка полиэтилена. Композиции готовились в смесителях Янке- Кункеля в течение 45-60 мин, затем засыпали их тонким слоем и вальцевали в листы. Далее листы помещали между двумя лавсановыми тканями толщиной 0.092 мм и прессовали при температуре 150 С сначала в течение 50 мин при давлении 5 атм, а затем в течение минуты при давлении 290 атм. Толщину мембран регулировали на стадии приготовления смесей и вальцовки. Листы мембран имели размеры 135 см в длину и 45 см в ширину. Схема пресса для получения мембран показана на рис. 9.

Рис. 9. Пресс для изготовления гетерогенных ионообменных

мембран

Т а б л и ц а 1

Паспортные характеристики ионообменных мембран МК-40 и МА-41

Характеристика	МК-40	МА-41
Ионогенная группа		-
Полная обменная емкость по 0.1 М р-рам, моль/г	2.6 ± 0.3 (HCl)	2.0 ± 0.3 (NaOH)
Число переноса в 0.2/0.01 М растворе хлорида натрия	0.98	0.96
Электрическое сопротивление в 0.6 М растворе хлорида натрия, Ом см	220	225
Прочность при растяжении, кгс/см2	120	120
Содержание ионообменника	65	65

Методика измерения полной обменной емкости будет приведена в разделе 2.2. Числа переноса были определены потенциометрическим методом [25], основанным на измерении разности потенциалов на границах мембраны с растворами. Расчет чисел переноса использует уравнение диффузионного потенциала. Этот метод дает более высокие величины чисел переноса в сравнении с аналитическим методом Гитторфа при сравнимых величинах концентрации [25], причем наибольшие различия наблюдаются для чисел переноса однозарядных ионов. Высокие числа переноса противоионов в мембранах МК-40 и МА-41 позволяет сделать вывод о том, что ионообменные мембраны близки к униполярной проводимости второго рода, так как в катионообменной мембране 98% тока переносят катионы натрия, а в анионообменной 96% тока переносят хлор-ионы.

Электрическое сопротивление по стандарту измеряли разностным методом [26,27], который применялся еще для измерения электропроводности коллодиевых мембран. Метод заключается в том, что проводят измерение электрического сопротивления ячейки, схема которой представлена на рис.10, с мембраной и раствором, а затем только с раствором. По разности этих величин находили истинное электросопротивление мембраны

Рис. 10. Ячейка для измерения электропроводности ионообменных мембран разностным методом [26,27].1 – электроды, 3 – мембрана, 4 – растворы электролита.

Измерения проводили на переменном токе. Измерив величину электрического сопротивления , толщину мембраны и поверхность электродов , находили величину удельного электрического сопротивления

(2.1)

или обратную ей величину удельной электропроводности

. (2.2)

Недостатком разностного метода является то, что он дает возможность измерения электропроводности мембран в растворах высокой и средней концентрации растворов электролитов, в то время как истинное удельное электросопротивление мембраны может быть измерено только в равновесии с предельно чистой водой. Только в этом случае в мембране отсутствует доннановский необменно сорбированный электролит, вклад которого может быть столь велик, что доля мембраны может составлять менее 1%.

Прочность на разрыв измеряли после набухания с помощью разрывной машины для испытания пластмасс 2166 Р-5 при скорости подвижного зажима 50 мм / мин. Сравнение приведенных в таблице данных прочности на разрыв с прочность на разрыв лавсановой ткани показывает, что именно наличие ткани дает основной вклад в измеряемую величину.

Содержание ионообменника в композите гетерогенной мембраны 65% является оптимальным. При большем содержании ионообменника уменьшается механическая прочность мембраны, а при меньшем разрываются контакты между электропроводными частицами ионообменника.