Для решения важнейших народнохозяйственных задач, связанных с совершенствованием технологических процессов, улучшением качества продукции и обеспечением защиты окружающей среды, в химической, нефтехимической, газовой, микробиологической, пищевой, целлюлозно-бумажной, медицинской и др. отраслях промышленности начинают находить широкое применение мембранные методы разделения смесей жидкостей и газов, обессоли-вания, очистки и обезвреживания воды и водных растворов, концентрирования продуктов и т. п.
Эти методы относятся к новейшему направлению химической технологии и имеют большие перспективы дальнейшего развития.
Широкое развитие мембранной технологии в настоящее время обусловлено прежде всего успехами науки по созданию материалов, чаще всего полимерных, обладающих рядом уникальных свойств, и исследованию свойств тонких пленок и процесса переноса веществ в них.
Залогом наиболее эффективного и качественного использования мембранных методов в народном хозяйстве может быть только высокая технологическая культура производства и эксплуатации мембран и мембранной аппаратуры, а также глубокое понимание количественных закономерностей процессов, происходящих в мембранах. Именно на основе количественного описания элементарных стадий химического и физико-химического процесса возможна оптимизация его и обеспечение надежной автоматизации или логического управления процессом с помощью ЭВМ.
Диффузия разделяемых веществ является одной из важнейших стадий мембранного процесса. Именно поэтому автор в настоящей монографии ограничился рассмотрением совокупности научных проблем, связанных с диффузионным механизмом переноса в искусственных технологических мембранах, изготовленных из весьма разнообразных материалов, на которых проводятся процессы очистки или разделения жидких или газовых сред
Предисловие
Глава 1. Мембраны и основные методы мембранной технологии .........
1.1. Определение понятия «мембрана»..... 9
1.2. Классификация мембран........ 11
1.3. Мембранные методы разделения смесей ... 13
1.3.1. Диффузия газов через пористые мембраны . . Н
1.3.2. Диффузия газов через сплошные мембраны из полимеров, стекол или металлических сплавов . . 14
1.3.3. Обмен в''системе газ—мембрана—жидкость . . 17
1.3.4. Разделение испарением через мембрану ... 17
1.3.5. Ультрафильтрация......... 18
1.3.6. Обратный осмос.......... 21
1-3.7. Разделение органических смесей при наложении
давления............ 23-
1.3.8. Диализ и гемодиализ........ 23-
1-3.9. Электродиализ........... 24
1.3.10. Пьезодиализ........... 34
1.3-11. Термодиализ........... 35
1.3.12. Селективное извлечение ионов и молекул с использованием жидких мембран....... 35
Литература.......... 35
Глава 2. Математическое описание диффузии в
мембранах............40
2.1. Основные законы процессов диффузии. Единицы измерения диффузионных потоков и проницаемости 40
2.2. Стационарные и нестационарные процессы в плоской пластине...........46
2-2.1. Стационарный поток при постоянном коэффициенте
диффузии............46
2.2,2. Стационарный поток при переменном коэффициенте
диффузии............47
2-2.3. Стационарный поток через мембрану переменного
состава............48
2-2.4. Диффузия в полубесконечное пространство . . 49
2-2.о. Контакт двух одинаковых полуограниченных сред 50
5.3. ' Диффузия молекул воды в полимерных мембранах 158
5.4. Диффузия газов в гидрофильных мембранах . . 163
5.5. Диффузия органических молекул в гидрофильных мембранах............ 165
Литература.......... 168
Глава 6. Диффузия в ионообменных мембранах 171
6.1. Понятия избирательности, селективности и диффузионной проводимости ........ 173
6.2. Диффузия коионов . . . . •..... 177
6.3. Диффузия противоионов........ 188
6.3.1. Ионообменный материал как раствор электролита 188
6.3.2. Основные положения модели рыхлого квазикристалла ............. 188
6.3.3. Роль взаимодействия противоион—функциональная группа............. 192
6.3.4. Влияние концентрации внешнего раствора на диффузию противоионов ......... 197
6.3.5. Влияние температуры и энергии активации на коэффициенты диффузии........ 199
6.3.6. Различия между электролитической и диффузионной подвижностями.....; 202
6.3.7. Модель рыхлого квазикристадла. Характер и роль дефектов............ 207
6.3.8. Эстафетный механизм переноса противоионов . . 208
6.4. Самодиффузия воды......... 213
6.5. Обобщенное уравнение селективности мембран 215
Литература .......... 217
Глава 7. Диффузия: в твердых неорганических мембранах ............ 221
7.1. Диффузия газов в металлах...... 221
7.2. Водород в палладии и его сплавах..... 225
7.3. Стекла и ионные кристаллы...... 228
Литература.......... 231
