МЕМБРАНЫ ИОНООБМЕННЫЕ
(ионоселективные, ио-нопроводящие, 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. р-рах-консервантах
(напр., р-ры 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, напр. экстракцией);
интерполимерные, состоящие из смеси ионообменного (15-30% по массе) и пленкообразующего
полимеров (эти мембраны по св-вам и способу получения близки к гомогенным, но
не имеют хим. связей между составляющими их полимерами).
По знаку заряда (возникает
на мембранах ионообменных 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 к-рых может содержать
ионогенную группу (напр., стирола, 2-метил-5-винил-пиридина, 4-винилпиридина,
метакриловой и акриловой к-т, 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 к-рых 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 т-рах на 15-25 °С выше т-ры размягчения связующего.
По др. методу получения осуществляют: измельчение ионообменного полимера; смешение
полученного порошка с р-ром 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 присут. линейных пленкообразующих
полимеров, макромолекулы к-рых 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 к-рые затем вводят указанные группы.
В р-рах электролитов мембраны ионообменные проявляют высокую ионную селективность и электрич. проводимость. Селективная
ионо-проницаемость (селективность)-важный показатель элект-рохим. св-в мембран ионообменных;
он отражает различие в проницаемости ионов, несущих заряд противоположный и
одноименный с зарядом мембраны. Селективность характеризуют числом переноса
ионов через мембрану, к-рое 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, к-рое для разл. мембран лежит в пределах 20-250 Ом•см (в 0,6 н. р-ре
NaCl). Др. характеристики мембран ионообменных: sразр 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
св-в при эксплуатации.
Мембраны ионообменные 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. р-ров 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.
в-в (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 р-рами
спец. в-в.; 2) растворение осадка разл. в-вами (напр., р-ром комплексообразователя
или к-ты), изменением рН р-ра; 3) изменение полярности тока на электродиализаторе
с одновременным изменением направления потоков рабочих р-ров. Гарантированный
срок эксплуатации гомог. мембран в среднем составляет 3 года, гетерогенных (в
водопод-готовке)-5 лет.
===
Исп. литература для статьи «МЕМБРАНЫ ИОНООБМЕННЫЕ»: Кожевникова
Н. Е., Нефедова Г. 3., Власова М. А., Ионообменные мембраны в процессах электродиализа,
М., 1975 [НИИТЭХИМ. Обзоры по отдельным пр-вам хим. пром-сти, 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.
Страница «МЕМБРАНЫ ИОНООБМЕННЫЕ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.