Mass Transfer and Kinetics of Ion Exchange

در حالی که فرآیندهای تبادل یونی در ابتدا برای درمان محلول‌های بسیار رقیق استفاده می‌شد، در سال‌های اخیر کاربردهای زیادی برای درمان محلول‌های غلیظ ایجاد شده است. در این شرایط، گلوگاه های انتقال جرم به جای فاز مایع، در فاز ~ قرار دارند. بنابراین، توسعه مدل‌های کمی برای سینتیک تبادل یونی نیازمند دانش در مورد ویژگی‌های هدایت یون‌ها و حلال در فاز جامد است. یک رویکرد مفید برای این هدف، مطالعه ویژگی‌های حمل و نقل این گونه‌ها و برهمکنش‌های آنها در غشاهای تبادل یونی جامد است. بسیاری از فرآیندهای حمل و نقل مختلف و پدیده های مرتبط را می توان در سیستم های محلول غشایی مشاهده کرد، به عنوان مثال، مهاجرت یون، الکترواسموز، خود انتشار خشک انتشار، اسمز، جریان هیدرولیک، هایپرفیلتراسیون (اسمز معکوس) یا اولترافیلتراسیون، پتانسیل جریان و جریان جریان، و غشا. پتانسیل ها (که "پتانسیل های غلظت غشایی" نیز نامیده می شود). مهم است که همه این پدیده ها را به هم مرتبط کنیم تا از تعداد بسیار زیادی از اندازه گیری های غیر ضروری جلوگیری شود. چنین همبستگی اغلب ممکن است [Meares، 1976] زیرا همه این پدیده ها با سهولت مهاجرت گونه های مختلف در سراسر غشاء تعیین می شوند. حتی قبل از اینکه غشاهای تبادل یونی با ظرفیت بالا به صورت تجاری در دسترس قرار گیرند، همبستگی های مهمی ایجاد و خلاصه شده است [Sollner, 1950, 197iJ.

While ion-exchange processes were originally used for the treatment of very dilute solutions, many applications for the treatment of concentrated solu­ tions have been developed in recent years. In these situations, the mass­ transfer bottlenecks are located in the~, rather than the liquid phase. Therefore, the development of quantitative models for ion-exchange kinetics requires knowledge about the conductance characteristics of ions and solvent in the solid phase. A useful approach towards this aim is the study of trans­ port characteristics of these species, and of their interactions in solid ion­ exchange membranes. Many different transport processes and related phenomena can be observed in membrane-solution systems, e.g., ion migration, electroosmosis, diffusion arid self-diffusion, osmosis, hydraulic flow, hyperfiltration (reverse osmosis) or ultrafiltration, streaming potential and streaming current, and membrane potentials (also called "membrane concentration potentials"). It is important to correlate all these phenomena so as to avoid a very large number of unnec­ essary measurements. Such correlation is often possible [Meares, 1976] since all these phenomena are determined by the ease of migration of the different species across the membrane. Important correlations have been made and summar­ ized even before high-capacity ion-exchange membranes became commercially available [Sollner, 1950, 197iJ.