Тема: Влияние предварительной обработки воды высокочастотным электромагнитным полем на скорость диффузии Na2SO4 через целлофановую мембрану

Важную роль в большинстве секторов народного хозяйства играют процессы разделения газовых и жидких смесей. Чтобы осуществить такие процессы, используют экстракцию, ректификацию, адсорбцию, дистилляцию и др. Но метод разделения с применением полупроницаемых мембран можно считать наиболее универсальным. Процессы мембранного разделения также важны для обработки биотехнологических продуктов. Процессы разделения необходимы для выделения и очищения БАВ, ферментов, вакцин; стерильной фильтрации, устранения вирусов, белковом концентрировании, буферного обмена и чистке рекомбинантных белковых продуктов [1].
Мембранные методы в нефтехимической и химической промышленности используют при разделении азеотропов, концентрирования и очистки растворов. В пищевой промышленности концентрируют овощные и фруктовые соки, молоко, получают первосортный сахар и др. Наиболее часто применяют мембранные процессы при обработке воды и растворов, очистке сточных вод.
Под мембранными процессами понимают диализ, обратный осмос, микро- и ультрафильтрации.
Микрофильтрация необходима для очистки жидкостей от коллоидных и микро- частиц (0,02 ... 10 мкм). Ультрафильтрацией разделяют растворы низкомолекулярных и высокомолекулярных веществ. Мембраной можно задерживать частицы или молекулы порядка 0,001...0,02 мкм (молекулярные массы 300 ...300000). Также для разделения низкомолекулярных веществ применяют обратный осмос (0,0001 ... 0,001 мкм) [2].
Одним из самых важных процессов мембранного разделения веществ, отличающихся друг от друга молекулярными массами, является диализ. Движущая сила этого процесса - диффузия, и ее скорость определяется разностью концентраций компонентов по обе стороны мембраны. Диффузия ионов и молекул протекает медленно - диализ может протекать в течение
суток и более, поэтому поиск путей интенсификации диффузионно-контролируемых процессов является .
Предыдущие исследования показали ускорение электродных реакций, лимитируемых доставкой вещества к поверхности электрода, а также увеличение электропроводности растворов хлоридов щелочных металлов в результате воздействия электромагнитного поля (ЭМП) ультравысоких частот. Эффективность электромагнитного воздействия зависела от природы диффундирующих частиц и частоты ЭМП. Поскольку скорость перемещения частиц в среде согласно уравнению Стокса-Эйнштейна определяется их размерами, а размер частиц, определяется степенью их гидратации, то было высказано предположение, что воздействие ЭМП, структурируя воду, приводит к снижению степени гидратации ионов и, соответственно, их размеров. Подтверждением данной гипотезы явился тот факт, что максимальное увеличение подвижности наблюдалось для положительно гидратированных ионов. Для ионов с отрицательной гидратацией подвижность ионов в результате полевого воздействия либо не изменялась, либо изменялась слабо. Изучение скорости диффузии ионов с различным типом гидратации позволит расширить представления о природе явлений, происходящих в растворах, подвергшихся воздействию ЭМП.
Целью данной работы явилось установление влияния предварительной обработки воды высокочастотным электромагнитным полем на скорость диффузии Иа2ЗО4 через целлофановую мембрану.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Провести обзор литературы по теме исследования;
2. Собрать установку для диализа и разработать методику для изучения диффузии ионов электролита через мембрану;
3. Провести обработку воды электромагнитным полем различных частот, определить ее электропроводность и электропроводность приготовленных на ней 0,1 М растворов Иа2ЗО4;
4. Определить скорость диффузии указанного электролита через целлофановую мембрану;
5. Обсудить полученные результаты.
Выбор объекта исследования (Ка2ЗО4) обусловлен положительной гидратацией ионов №' и ЗО42’ [3].
В качестве мембраны был выбран целлофан - искусственный полимерный материал, получаемый из целлюлозы, регенерированной из раствора вискозы; представляет собой устойчивую к воде прозрачную гибкую пленку. Целлофан широко используется в процессе диализа для очистки золей и растворов полимеров от низкомолекулярных примесей.

Купить

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование в качестве растворителя воды, подвергшейся воздействию ЭМП, приводит к существенной интенсификации процесса диализа, что может быть использовано для очистки золей и растворов полимеров от низкомолекулярных примесей.
Выводы:
1. Установлено увеличение электропроводности воды, подвергшейся воздействию электромагнитного поля, а также приготовленных на ней 0,1 М растворов Na2SO4. Электропроводность воды возрастает в 11-22 раза при частотах 50, 60 и 130 МГц, а электропроводность растворов в 2,7-2,9 раза при частотах 60, 100, 130 и 140 МГц. Причиной данного явления может служить увеличение подвижности ионов.
2. Кондуктометрическим методом изучена кинетика процесса диффузии Na2SO4через целлофановую мембрану. Показано ускорение диффузионного процесса из облученных растворов, максимально выраженное для частот 60, 100, 130 и 140 МГц. Скорость диффузии возрастает в 3,9-4,6 раз.
3. Рассчитана концентрация диализата, потоки диффузии и относительные коэффициенты диффузии Na2SO4из облученной воды. Полученные результаты свидетельствуют о существенной интенсификации процесса диализа, что может быть использовано для очистки золей и растворов полимеров от низкомолекулярных примесей.
4. Высказано предположение, что ускорение диффузии ионов в облученной воде может быть следствием ослабления их взаимодействия с реорганизованным в результате полевого воздействия растворителем.

Купить