Модификация неорганических мембран нанокристаллитами пироуглерода — страница 4

  • Просмотров 263
  • Скачиваний 15
  • Размер файла 35
    Кб

поверхности. Поскольку ковалентный радиус водорода составляет гк = 0,30 А [9], величина точечного заряда на поверхности поры, с которым взаимодействует диполь, определяется формулой (2): Ковалентные радиусы кислорода и водорода учитываются и при расчете диполь-дипольных взаимодействий молекул этанола. Расстояние между молекулой спирта и поверхностью поры, а также между взаимодействующими молекулами этанола принимаем равным 2,74

А, что соответствует средней длине водородной связи О--Н--О для спиртов [9]. Поскольку радиус пор (18 и 20 нм) существенно больше размеров молекул этанола, то при их взаимодействии с поверхностью поры кривизну последней не учитываем. Напряженность электростатического поля вблизи заряженной поверхности поры определяется уравнением [10]: а энергия дипольной молекулы этанола в однородном электрическом поле U выражением: При расчете

энергий ассоциированных за счет кулоновских сил молекул этанола полагаем, что оси диполей располагаются на одной прямой. Рассмотрим дипольные молекулы спирта как систему неподвижных зарядов, тогда энергия этой системы может быть представлена в виде суммы: в которой: где ф,- — потенциал в точке расположения заряда qh созданный всеми другими зарядами, мН/Кл; Гу — расстояние между зарядами qt и ^, м. В таблице приведены результаты

расчетов сил и энергий взаимодействия молекул этанола со стенкой поры и между собой. Видно, что, в первом случае, Таблица Характеристика электростатического взаимодействия и энергии молекул этанола при течении через исходную и модифицированную пироуглеродом мембраны Тип взаимодействия Исходная мембрана Модифицированная пироуглеродом мембрана U, н/Кл -4,48 • 106 -8,52 -105 -Рпв-дип., Н по (2) 6,41 • 1(Г16 1,22 -Ю-16 ^эт.-эт, Н, ПО (2) 9,24 • 1(Г12 9,24 -Ю-12

-Епв-дип., кДж/моль 0,015 0,0029 -Еэт.-эт.. кДж/моль 4,16 4,16 Е0. .„.0, кДж/моль 22,3 22,3 электростатическое взаимодействие является очень слабым, и его не следует учитывать при анализе течения спирта через мембрану с оксидным составом по-ровой поверхности. Сила электростатического диполь-дипольного взаимодействия молекул этанола между собой на 4 порядка выше, чем со стенкой поры, а их энергия (4,16 кДж/моль) достигает энергии слабых водородных

связей. Однако энергия водородной связи молекул спирта с электроотрицательными атомами кислорода составляет 22,3 кДж/моль [9]. Следовательно, в жидкой фазе молекулы этанола находятся в виде ассоциатов, образованных водородными связями. Для того чтобы образовывать устойчивые адсорбционные слои и влиять на коэффициент ГДП, взаимодействие этих молекул со стенкой поры должно иметь близкую энергетику. Поэтому очевидно, что