мембраны ионообменные
МЕМБРАНЫ ИОНООБМЕННЫЕ (ионоселективные, ионопроводящие, ионитовые мембраны)
пленки или пластины, изготовленные из ионообменных полимеров или композиций на их основе. При необходимости М.и. 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 М.и.: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 свойствам и способу получения близки к гомогенным, но не имеют хим. связей между составляющими их полимерами).
По знаку заряда (возникает на М.и. 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 М. и. получают: сополиконденсацией или со-полимеризацией мономеров, один из которых может содержать ионогенную группу (напр., стирола, 2-метил-5-винилпиридина, 4-винилпиридина, метакриловой и акриловой кислот, акрилонитрила), на упрочняющей основе; радиационной или хим. прививкой мономеров, содержащих ионогенные группы, к полиэтиленовым, полипропиленовым, поливинилхлоридным, фторполимерным и др. пленкам, а также к соответствующим гранулам или порошкам, из которых затем формуют пленки.
Технология получения гетерогенных М.и. (имеют наиб. практич. значение) включает след. стадии: кондиционирование, сушка и измельчение ионообменных полимеров (ионитов; см. ионообменные смолы, анионообменные смолы, катионообменные смолы) до тонины помола не более 50 мкм; смешение порошков ионита и пленкообразующего полимера; гомогенизация смеси при 150–180 °C на вальцах или в экструдере; формование заготовок мембран (листов) при 150–180 °C на вальцах или каландре; уплотнение и армирование мембраны на прессе при температурах на 15–25 °C 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 М.и. 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 М.и., 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 М. и.; 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 М. и., которое для разл. мембран лежит в пределах 20–250 Ом∙см (в 0,6 н. растворе NaCl). Др. характеристики М. и.: sразр 9–13 МПа (в набухшем состоянии), относит. удлинение 12–20%. К М.и. 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.
М.и. применяют в электромембранных процессах-электродиализе и электролизе с М. и. Электродиализ используют в водопад готовке для получения пресной и деминерализов. воды, реже для деминерализации технол. растворов и сточных вод, электролиз с М.и.-для получения хлора и NaOH, для электрохим. синтеза (напр., адиподинитрила из акрилонитрила).
• см. также мембранные процессы разделения
При эксплуатации М.и. 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 поверхности) и взвешенных частиц (при электрофорезе).
Имеются три группы способов борьбы с дезактивацией М.и.: 1) мех. очистка поверхности 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 pH 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
