главная > справочник > химическая энциклопедия:

Мембраны ионобменные

Notice: Undefined variable: iko in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 95

Notice: Undefined variable: goo in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Notice: Undefined variable: mn in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Мембраны ионобменные (ионоселективные, ионопроводящие, ионитовые мембраны), пленки или пластины, изготовленные из ионообменных полимеров или композиций на их основе. При необходимости мембраны ионообменные упрочняют (армируют) синтетич. тканями, сетками и неткаными материалами. Товарные мембраны м. б. воздушно-сухими и набухшими в спец. растворах-консервантах (напр., растворы глицерина в воде).

По структуре различают след. типы мембран ионообменных:гомогенные, состоящие из ионообменных полимеров; гетерогенные, содержащие смеси ионообменного полимера (55-70% по массе) и пленкообразующего полимера (связующего)-полиэтилена, полипропилена. ПВХ или др. (эти мембраны м. б. разделены на составляющие их полимеры физ. способами, например экстракцией); интерполимерные, состоящие из смеси ионообменного (15-30% по массе) и пленкообразующего полимеров (эти мембраны по свойствам и способу получения близки к гомогенным, но не имеют хим. связей между составляющими их полимерами).

По знаку заряда (возникает на мембране в результате электролитич. диссоциации ионогенных групп) различают след. мембраны: монополярные-анионитовые, имеющие положит. заряд, и катионитовые, заряженные отрицательно (проницаемы соотв. для анионов и катионов); биполярные, состоящие из двух слоев (катионитового и анионитового).

Гомогенные мембраны ионообменные получают: сополиконденсацией или со-полимеризацией мономеров, один из которых может содержать ионогенную группу (напр., стирола. 2-метил-5-винил-пиридина, 4-винилпиридина, метакриловой и акриловой кислот, акрилонитрила), на упрочняющей основе; радиационной или хим. прививкой мономеров, содержащих ионогенные группы, к полиэтиленовым, полипропиленовым, поливинилхло-ридным, фторполимерным и др. пленкам, а также к соответствующим гранулам или порошкам. из которых затем формуют пленки.

Технология получения гетерогенных мембран ионообменных (имеют наиб. практич. значение) включает след. стадии: кондиционирование, сушка и измельчение ионообменных полимеров (иони-тов; см. Ионообменные смолы, Анионообменные смолы. Ка-тионообменные смолы)до тонины помола не более 50 мкм; смешение порошков ионита и пленкообразующего полимера; гомогенизация смеси при 150-180°С на вальцах или в экструдере; формование заготовок мембран (листов) при 150-180°С на вальцах или каландре; уплотнение и армирование мембраны на прессе при температурах на 15-25 °С выше температуры размягчения связующего. По др. методу получения осуществляют: измельчение ионообменного полимера; смешение полученного порошка с раствором или расплавом связующего. нанесение полученной дисперсии на упрочняющую ткань, сушку и уплотнение мембраны.

Интерполимерные мембраны ионообменные получают химически инициируемой сополимеризацией моно- и дивинильного мономеров (стирола, 2-метил-5-винилпиридина, дивинилбензола или др.) в присутствии линейных пленкообразующих полимеров, макромолекулы которых иммобилизуются (захватываются) образующимся сетчатым сополимером. Получается устойчивая система, не разделяемая физ. методами несмотря на отсутствие хим. связей между линейным и сетчатым полимерами.

Если в мономерах. используемых для получения гомогенных и интерполимерных мембран ионообменных, не имеется ионогенных групп, то после получения полимеров (сополимеров) сначала формуют плёнки, в которые затем вводят указанные группы.

В растворах электролитов М. и. проявляют высокую ионную селективность и электрич. проводимость. Селективная ионо-проницаемость (селективность)-важный показатель электрохим. свойств мембран ионообменных; он отражает различие в проницаемости ионов, несущих заряд противоположный и одноименный с зарядом мембраны. Селективность характеризуют числом переноса ионов через мембрану, которое близко к единице (0,90-0,98), т. е. перенос тока через мембраны разл. составов и типов на 90-98% осуществляется противоионами. Определение электрич. проводимости сводится к измерению электрич. сопротивления мембран ионообменных, которое для разл. мембран лежит в пределах 20-250 Ом•см (в 0,6 н. растворе NaCl). Др. характеристики мембран ионообменных: s_разр 9-13 МПа (в набухшем состоянии), относит. удлинение 12-20%. К мембранам ионообменным предъявляют след. требования: высокая селективность, низкое электрич. сопротивление, высокая мех. прочность, относит. удлинение в определенных пределах, высокая хим. стойкость, низкая стоимость, стабильность свойств при эксплуатации.

Мембраны ионобменные применяют в электромембранных процессах - электродиализе и электролизе с мембранами ионообменными Электродиализ используют в водопад готовке для получения пресной и деминерализов. воды, реже для деминерализации технол. растворов и сточных вод, электролиз с мембранами ионообменными - для получения хлора и NaOH, для электрохим. синтеза (напр., адиподинитрила из акрилонит-рила). См. также Мембранные процессы разделения.

При эксплуатации мембран ионообменных могут дезактивироваться вследствие сорбции ими крупных молекул водорастворимых орг. веществ (полиэлектролитов, ПАВ и т.д.) и многовалентных ионов, а также в случае отложения на них труднорастворимых соед. (в связи с повышением их концентрации у пов-сти) и взвешенных частиц (при электрофорезе).

Имеются три группы способов борьбы с дезактивацией мембран ионообменных: 1) мех. очистка пов-сти мембран прокачиванием через камеры электродиализатора взвешенных частиц (напр., резиновых, полиэтиленовых, пенопластовых), барботировани-ем в камеры пузырьков воздуха, промывкой растворами спец. веществ.; 2) растворение осадка разл. веществами (напр., раствором комплексообразователя или кислоты), изменением рН раствора; 3) изменение полярности тока на электродиализаторе с одновременным изменением направления потоков рабочих растворов. Гарантированный срок эксплуатации гомог. мембран в среднем составляет 3 года, гетерогенных (в водопод-готовке)-5 лет.

Лит.: Кожевникова Н. Е., Нефедова Г. 3., Власова М. А., Ионообменные мембраны в процессах электродиализа, М., 1975 [НИИТЭХИМ. Обзоры по отдельным пр-вам хим. промышленности, в. 18 (88)]; Гребенюк В. Д., Электродиализ, К., 1976; Лейси Р., в кн.: Технологические процессы с применением мембран, пер. с англ., М., 1976, гл. 1, 9; Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки. [Каталог НИИТЭХИМ], М., 1977; Тимашев С. Ф., Физико-химия мембранных процессов, М., 1988; Мазанко А.Ф., Камарьян Г.М., Ромашин О. П., Промышленный мембранный электролиз, М., 1989.

© Г.З. Нефедова.