Физикохимия мембранных процессов./Тимашев С. Ф.—
М.: Химия, 1988. —240 с. ISBN5-7245-0119-8
Изложены физико-химические основы процессов транспорта ионов и молекул в мембранах биологических и синтетических (газоразделительных, обратноосмотических и ультрафильтрационных, ионообменных). Рассмотрены особенности мембранных процессов при переходе к интенсивным, сильно неравновесным режимам массо- и электромассопереноса. Выявлены зависимости функциональных свойств полимерных мембран от их суомик-роструктуры, намечены пути создания мембран с требуемыми параметрами.
Табл. 10. Ил. 53. Библиогр. 311 назв.
Оглавление
Предисловие............... • 5
Введение ................ 7
Глава 1. Перенос ионов и молекул в биологических мембранах ... 11
1.1. Структура биологических мембран......... И
1.2. Влияние состояния поверхности мембран на их функциональные свойства................ 14
1.3. Особенности транспорта ионов и молекул в биологических мембранах ................ 16
1.4. Фотозависимая протонная помпа галобактерий..... 26
1.5. Функциональные свойства ориентированных пленок пурпурных мембран галобактерий............ 31
1.6. Модели энергозависимых процессов в биологических системах 36
1.7. Роль локальных электрических полей в кинетике биологических процессов................ 41
1.8. Кинетика активационных процессов в адиабатически неизолированных системах.............. 48
1.9. Эффекты экранирования в ионных каналах мембран .... 64
1.10. Динамическая модель функционирования протонной помпы бак-териородопсина .............. 69
1.11. Модели функционирования АТФазных систем в нативных условиях 78
1.12. Энергозависимый перенос ионов через липидные биослои биологических мембран в условиях антипорта и симпорта..... 84
1.13. Основные принципы функционирования транспортных систем в биологических мембранах........... 86
Глава 2. Физико-химические аспекты переноса ионов и молекул в синтетических мембранах.............. 87
2.1. Процессы переноса в неоднородных средах...... 89
2.2. Формулировка граничных условий......... 99
2.3. Специфика межфазной границы металл — газообразная среда . 103
2.4. Эффекты электрической субмикрогетерогенности межфазных границ ................. 108
2.5. Специфика межфазных границ мембрана — жидкая среда . . ПО
2.6. Особенности баромембранных процессов разделения жидких смесей (микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос) . . 116
2.7. Физико-химические основы мембранной дистилляции .... 119
2.8. Эффекты гидродинамической неустойчивости в примембранных областях жидкой фазы............ 123
2.9. Прыжковая проводимость мембран в моделях теории протекания 131 2.10. Использование кинетического уравнения Больцмана для описания
процессов переноса в мембранах......... 137
Глава 3. Мембранное газоразделение.......... 146
3.1. Мембраны на основе силоксансодержащих блок-сополимеров . . 146
3.1.1. Роль жесткой фазы в процессах переноса через гибкую фазу . . 148
3.1.2. Сорбция молекул простых газов......... 152
3.1.3. Роль поверхности мембран в кинетике переноса..... 155
3.1.4. Модель диффузионного транспорта......... 162
3.2. Мембраны на основе аморфно-кристаллических и стеклообразных полимеров ............... 167
3.3. Металлические мембраны. Водородопроницаемость .... 170
3.4. Жидкие и квазижидкие мембраны......... 173
Глава 4. Структура и свойства перфорированных ионообменных мембран по данным физико-химических методов исследования .... 179
4.1. Общие закономерности переноса ионов через перфторированные ионообменные мембраны...........|°"
4.2. Особенности структуры сульфокатионитовых мембран . . . 182
4.2.1. Структурные изменения в перфорированном сополимере в процессе гидролиза (по данным рентгеновского рассеяния) .... 183
4.2.2. Формирование железосодержащих кластеров в субмикропорах мембран (по данным мессбауэровской спектроскопии) ... 188
4.2.3. Влияние субмикроструктуры перфорированных мембран на состояние ионов переходных металлов в мембранах (по данным
радиоспектроскопии) ............-f*®
4.3. Состояние молекул воды и ионов в перфорированных мембранах 201
4.3.1. Состояние гидратированных ионов и природа избирательного переноса ионов щелочных металлов (по данным ЯМР высокого разрешения)...............202
4.3.2. Особенности элементарных стадий диффузионных перемещении молекул воды (по данным импульсных методов ЯМР) ... 207
4.3.3. Свободная и связанная вода (по данным ИК-спектроскопии) . 211
4.4. Взаимосвязь структурных и функциональных характеристик перфорированных сульфокатионитовых мембран......217
Перспективы исследования мембранных процессов......219
Библиографический список............221
Предисловие
Применение мембранных процессов для решения разнообраз*-ных научно-технических задач демонстрирует экономическую выгоду и экологическую чистоту мембранных производств. Однако пока можно говорить лишь о первых (иногда достаточно уверенных) шагах мембранной технологии, о мембранах и мембранных процессах первого — второго поколения. Интенсификация мембранных процессов с повышением селективности,-химической стойкости и долговечности используемых мембран позволит существенно расширить области применения этой> высокоэффективной технологии.
Обычно при обсуждении перспектив развития мембранных процессов говорится о необходимости установления принципов функционирования биологических мембран и использовании этих принципов в практической деятельности. Однако на данном уровне развития физико-химической биологии и теоретических основ мембранной технологии эти научные дисциплины практически развиваются независимо, не оказывая существенного воздействия друг на друга. Ожидания конца семидесятых годов, связанные с синтезом биохимиками ионофоров — переносчиков ионов через липофильную фазу и использованием этих комп-лексообразователей для извлечения целевых ионов из технологических растворов, в полной мере не оправдались, тем более, что механизмы с ионофорами — переносчиками оказались неосновными для транспорта ионов в нативных системах.
Каковы же перспективы дальнейшего взаимодействия физико-химической биологии и мембранной технологии? Чему мы можем научиться у природы? Что реально может дать изучение и понимание кинетики процессов в биологических мембранах для решения практических проблем синтеза и модификации новых мембранных материалов, для создания новых эффективных мембранных процессов?
В предлагаемой монографии автору хотелось выразить свое понимание этих вопросов, основанное на изучении процессов переноса ионов и молекул в мембранах синтетических и мембранах нативных в лаборатории мембранных процессов НИФХИ им. Л. Я. Карпова. Чрезвычайное разнообразие проблем, возникающих при таких исследованиях, определило методологию изложения материала — использование концепций физической химии, этой удивительно широкой и глубокой области человеческого знания, касающихся установления общих закономерностей элементарных химических (в том числе, биохимических) явлений в конденсированных субмикрогетерогенных системах на основе принципов и экспериментальных методов физики.
Конечно, предпринятая автором попытка (по-видимому, первая в таком роде) изложить с единых позиций очень разнород-
Цена: 150руб.
