ЕЛЕКТРООСМОТИЧНЕ ФРАКЦІОНУВАННЯ ІЗОТОПІВ ВОДНЮ У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ КОМПОЗИТНИХ ПРОТОН-ПРОВІДНИХ МЕМБРАН

Пушкарьов, О., Зубко, О., Севрук, І., Долін (мол.), В. (2021). ELECTRO-OSMOTIC FRACTIONATION OF HYDROGEN ISOTOPES IN ELECTROLYTIC SOLUTIONS USING COMPOSITE PROTON-PERMEABLE MEMBRANES. Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Геологія, 1(92), 11–16. https://doi.org/10.17721/1728-2713.92.02

На основі аналізу особливостей електроосмотичних процесів, що реалізуються у протон-провідних мембранах оцінено можливість фракціонування ізотопів водню в електролітах, утворених з використанням тритійованої води (НТО). При взаємодії розчина з мембранами в їхніх каналах відбувається поляризація та часткова дисоціація молекул електроліту. У молекулах води при заміні протію на важкий ізотоп водню збільшується енергія розриву водневих зв'язків, і процес їхньої дисоціації відбувається переважно за схемою: HTO ↔ H+ + TO—. Частина вивільнених протонів може приєднуватися до молекул води з утворенням іона H3O+ . Іони H3O+ і ТO— більш рухливі, ніж інші однозарядні іони. Головною характеристикою, яка визначає придатність електроосмотичних мембран до фракціонування ізотопів водню, є їхня протонна провідність. Вивільнені протони мають аномально високу рухливість завдяки малим розмірам, тунельному та естафетному переміщенню через водневі зв'язки між сусідніми полярними групами в каналах протон-провідних мембран. Для забезпечення високої протонної провідності в порах і каналах мембран закріплюють речовини-модифікатори, що містять групи: –ОН- , –NH2, –NH, –SH, –COOH, –SO3H, кислі солі та оксиди, які містять поверхневі протон-провідні групи. Для створення протон-провідних мембран можливо використання поверхнево-модифікованого β-глинозему (β-Al2O3(H3O+ )) та протонованого (H3О+ ) монтморилоніту з іонною провідністю (5  103 – 4  104 Омсм–1). Найбільш ефективними є поверхневі модифікатори з негативно зарядженими сульфоновими групами. Накладання зовнішнього електричного поля призводить до руху іонів в електроліті, що зумовлює перерозподіл ізотопного співвідношення в прианодному та прикатодному просторах.