Неорганические ионообменные мембраны.

Устойчивость неорганических ионообменников к ионизирующим излучениям, естественно, вызвала интерес к исследованиям возможностей их применения в качестве селективных полупроницаемых мембран. Неорганические мембраны имели бы значительные преимущества по сравнению с мембранами из органических смол, например при использовании

в топливных элементах, где ионообменные мембраны применяются для переноса ионов водорода. Неорганические мембраны можно было бы использовать при высоких температурах и с большей эффективностью, кроме того, фосфат циркония гидрофилен и обладает почти в три раза большим числом мест, свободных для сорбции ионов водорода по сравнению с обычными сульфозамещенными органическими смолами. Дравникс и Брегман сконструировали сложную мембрану (диаметром 25,4 мм и толщиной около 1мм), состоящую из диска, спрессованного из порошкообразного фосфата циркония, соединенного с тефлоновым диском, покрытым смесью фосфата циркония и платиновой черни, к которому были присоединены платиновые электроды. Элемент с такой мембраной дав ал ток с плотностью 0,33 а/дм² при напряжении 0,6 в, но при температуре выше 100° необходимо было работать под давлением, для того чтобы поддерживалось постоянное содержание воды

в ионообменнике. Ионная проводимость образца фосфата циркония с максимальным содержанием обменивающегося водорода (ZrО (H ₂PО₄)₂) была определена Хамленом, использовавшим для этих измерений порошкообразный фосфат циркония, спрессованный в форме диска, диаметром 17 мм и толщиной

3 мм. Термогравиметрические исследования показали, что одна молекула воды отщепляется при 470°, а вторая — при 600° при конденсации соседних групп Н₂РО₄, причем при температуре ниже 400° выделяется приблизительно 1,6 молекулы неконституционной воды. Были измерены сопротивления спрессованного сухого и частично гидратированного вещества и диска, который несколько дней находился в воде. Измеренное сопротивление приблизительно равно рассчитанному на основе аналитических данных о составе ионообменника, содержания в нем воды, а также при допущении, что ток переносится ионами Н₊ и константа диссоциации фосфатных групп в ионообменнике равна второй константе диссоциации фосфорной кислоты (т. е. для равновесия Н₂РО₄^― <=> НРО₄^2― + Н⁺). Энергия активации уменьшается с ~10 до ~3 ккал, если образец фосфата циркония становится более гидратированным; последняя величина характеризует проводимость в водных растворах. Продолжительное промывание приводит, естественно, к уменьшению электропроводности за счет гидролиза фосфата. Перекисноводородный топливный элемент, состоящий из мембраны толщиной 1 мм, полученной прессованием смеси, содержащей 90% фосфата циркония и 10% тефлона, под давлением 2500 атм имеет сопротивление 6000 ом/см – это значение получено из поляризационных кривых).

Таким образом, большое сопротивление и гидролиз являются основным препятствием к использованию неорганических мембран в указанных целях. Другой метод приготовления гетерогенных мембран, по-видимому не пригодных для топливных элементов, был описан Альберти. Согласно этому

методу, фосфат циркония осаждали из раствора на стекловолокно, затем промывали и после высушивания при 50° подпрессовывали до толщины 0,5 см. Проницаемость такой мембраны в 0,1 н. растворе составляла для Li⁺= 35, Na⁺ =45, К⁺= 64 и Cs⁺=67%.

Заключение.

Существует огромное множество неорганических веществ, которые, как кажется с первого взгляда, могли бы выполнять функции ионообменников в определенных экстремальных условиях. К ним относятся прежде всего многочисленные природные минералы с силикатным скелетом, включающие в свой состав наряду с такими типичными для них катионами, как алюминий, кальций, железо, магний и т. д., катионы щелочных металлов, чаще всего натрия и калия, наиболее способные к ионному обмену. Не меньшее значение имеют силикаты, в которых способные к обмену ионы водорода находятся в форме

гидроксильных групп или ионов гидроксония.

Естественно, что природные вещества подобного рода стали изучать в отношении ионного обмена. Однако, как показывает опыт, эффективность природных материалов часто недостаточна. То же можно сказать и о многих синтетических ионообменниках (окисях и гидроокисях металлов, солях гетерополикислот и др.). Поэтому оказалось необходимым проводить широкие исследования как по улучшению соответствующих свойств природных объектов, так и по синтезу новых веществ с заданными ионообменными характеристиками. В этой работе я попыталась ознакомиться с основными типами соответствующих природных и искусственных ионообменников.

Список литературы:

1. slovari.yandex.ru›БСЭ›Иониты

2. Ч. Амфлетт «Неорганические иониты», под редакцией академика И.В.Тананаева, перевод канд. хим. наук С.С.Родина, издательство «Мир», Москва, 1966 год.

3. http://www.mediana-filter.ru/water_kinds_ionit.html

4. http://www.nlt.dp.ua/content/view/15/23/

5. http://acio.ru/read.php?id=99

6. http://www.xumuk.ru/bse/1092.html

Приложение 1.

Рисунок 1.

Приложение 2.

Рисунок 2.

Рис. 2. Кубическая элементарная ячейка аниона фосфоровольфрамата в фосфоровольфраматах тяжелых щелочных металлов.

[1] (http://slovari.yandex.ru/)

[2] (http://www.mediana-filter.ru/water_kinds_ionit.html)

[3] (http://www.nlt.dp.ua/content/view/15/23/)

[4] (Амфлет Ч., 1966, стр. стр.18)

[5] См. Приложение1.

[6] См. Приложение 1.

[7] См. Приложение 1.

[8] См. Приложение 1.

[9] (Амфлет Ч., 1966, стр. стр.57)

[10] (Амфлет Ч., 1966, стр. стр.61)

[11] (Амфлет Ч., 1966, стр. 94)

[12] См. Приложение 2.

[13] (Амфлет Ч., 1966, стр. 104)

[14] (Амфлет Ч., 1966, стр. 168)