Language
Country/Area
No result found
Фантастическое путешествие электролитов: что происходит с концентрационной поляризацией при протекании тока?
Когда электрический ток протекает через раствор электролита, происходит тихая концентрационная поляризация, которая не только влияет на электрохимический процесс, но и оказывает глубокое воздействие на работу мембранной науки и технологии. Это явление имеет большое значение в научном сообществе, особенно в электрохимии и мембранной технологии. Оно по сути своей обусловлено изменением концентрации электролита, вызванным прохождением тока на границе раздела электрода и раствора.
Концентрационная поляризация в электрохимии
В контексте электрохимии концентрационная поляризация описывает часть поляризации электролитической ячейки, которая обусловлена изменениями концентрации электролита при прохождении тока через границу раздела электрод/раствор. В этом смысле концентрационная поляризация эквивалентна «концентрационному перенапряжению». При участии определенных химических веществ в электрохимических реакциях, если их подача недостаточна, концентрация вещества на поверхности электрода будет уменьшаться. Это приводит к тому, что диффузионные процессы поддерживают равновесие между поступлением и потреблением веществ.
Концентрационная поляризация оказывает сильное влияние на скорость электродных реакций и процесс миграции ионов.
Концентрационная поляризация в мембранной науке
С развитием мембранной технологии концепция концентрационной поляризации также была введена и распространена на мембранную науку. В мембранной технологии концентрационная поляризация относится к градиенту концентрации, возникающему на границе раздела мембрана/раствор, который вызван селективным переносом определенных видов под воздействием движущей силы через мембрану. Это явление является неотъемлемой чертой всех процессов мембранного разделения.
Например, в таких процессах, как разделение газа, испарительное мембранное разделение, обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация и микрофильтрация, концентрация растворенного вещества вблизи поверхности мембраны, расположенной выше по потоку, часто выше, чем в однородной жидкости вдали от поверхности мембраны. .
Когда мембрана имеет различную проницаемость для определенных веществ, наклон числа Персика и разница концентраций на поверхности мембраны могут привести к образованию концентрационной поляризации.
Влияние концентрационной поляризации на процесс мембранного разделения
Концентрационная поляризация может существенно влиять на производительность процессов мембранного разделения. Во-первых, изменение концентрации раствора приведет к уменьшению движущей силы внутри мембраны, поэтому эффективная скорость разделения снизится. В процессе, управляемом давлением, это явление приводит к увеличению градиента осмотического давления внутри мембраны, тем самым снижая чистое движущее давление. Во время диализа движущийся градиент концентрации внутри мембраны также уменьшается.
Большой градиент концентрации повлияет на разность потенциалов и проводимость мембраны, снижая эффективность разделения.
Улучшение стратегий по решению проблемы поляризации концентрации
В целом, для уменьшения концентрационной поляризации распространенными методами являются увеличение скорости потока раствора между мембранами и прокладками, способствующими турбулентности. Эта технология обеспечивает лучшее перемешивание раствора и уменьшает толщину диффузионного пограничного слоя. В частности, во время электродиализа применяется более высокое напряжение для стимулирования конвекции, вызванной током, что дополнительно улучшает перемешивание раствора.Явление индуктивной проводимости особенно важно в разбавленных растворах и может значительно увеличить плотность тока при превышении предельной плотности тока, открывая новые идеи для проектирования микрофлюидных устройств. В то же время это также подталкивает разработку мембранных материалов к переходу на более высокие характеристики.
Будущие проблемы и возможности
В будущем развитии мембранных технологий и микрофлюидных устройств изучение концентрационной поляризации по-прежнему сопряжено с большими трудностями и возможностями. Более глубоко понимая механизмы концентрационной поляризации, ученые смогут разработать более эффективные технологии разделения и произвести дальнейшую революцию в очистке воды и преобразовании энергии с использованием новой электрокинетической микрофлюидики.
Сможем ли мы в ближайшем будущем преодолеть ограничения поляризации концентрации и добиться более эффективного распределения и использования ресурсов?
