Caracterización hidrodinámica y fenomenológica de membranas selectivas

Resumen

El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un modelo sencillo que permita la caracterización hidrodinámica de membranas selectivas integradas en sistemas bi-iónicos, mediante la determinación de coeficientes de difusión y de espesores de las capas límite alrededor de la membrana. A tal fin, se empleó una célula de difusión rotatoria (CDR), que permite el establecimiento de condiciones hidrodinámicas bien definidas para el sistema de membrana, dado que la variación de la frecuencia de giro del cilindro interior (?), permite disminuir el espesor de la capa límite sobre la membrana, lo que favorece el intercambio iónico a su través. Se puede comprobar éste comportamiento, mediante consideraciones en torno al coeficiente de difusión de los cationes en el sistema de membrana y del cálculo del propio espesor de la capa límite. El mencionado coeficiente se obtendrá a partir del flujo iónico en la membrana, determinado a partir de medidas de pH, junto a medidas de conductividad, en la fase externa (receptora), a diferentes temperaturas y a distintas valores de ?. La medida de los flujos, una vez establecida su dependencia con ?, permite obtener los coeficientes de difusión catiónicos en el sistema de membrana, en función de la temperatura y de ?. Las medidas de la conductividad permiten testar el modelo propuesto, mediante su correlación con los valores de pH obtenidos, proporcionando información adicional acerca de los coeficientes de difusión de los cationes. Por tanto los objetivos del presente estudio son: 1º) Establecer un modelo teórico que haga posible la caracterización de una membrana selectiva integrada en un sistema bi-iónico, para un dispositivo CDR que permite unas condiciones hidrodinámicas estables para la misma. 2º) Sobre la base de dicho modelo, determinar el coeficiente de difusión de los cationes en las capas exteriores a la membrana y dentro de ella, así como la permeabilidad del sistema de membrana y el espesor de la capas límite. 3º) Desarrollo de un dispositivo experimental capaz de testar el modelo teórico, que requiera sólo de medidas fácilmente realizables en la disolución ubicada en el compartimiento exterior del sistema , que es el más accesible y controlable en un montaje con CDR. 4º) Estudiar procesos de difusión a través de una membrana selectiva, registrando el comportamiento del pH y la conductividad en la disolución externa, como exponentes del intercambio iónico a través de la membrana, a varias temperaturas y a varias frecuencias de giro. 5º) A partir de las medidas anteriores, así como del modelo teórico desarrollado, obtener la caracterización del proceso de transporte en estos sistemas bi-iónicos, mediante la determinación del coeficiente de difusión y el espesor de la capa límite. 6º) Estudiar el comportamiento del coeficiente de difusión y el espesor de la capa límite al variar la temperatura y la velocidad de giro a la que se lleva a cabo el proceso. 7º) Establecimiento de un diseño experimental que permita medir con garantías el potencial bi-iónico que se genera bajo ciertas condiciones, a través de una membrana selectiva. 8º) Estudio de las medidas de potencial bi-iónico obtenidas con relación a la temperatura a la que tiene lugar el proceso, así como respecto al cambio de concentración de las disoluciones en contacto con la membrana.