Методика прямого измерения толщин гидролизованных слоев анионообменных мембран и распределения слабоосновных аминогрупп в фазе мембраны

Основой для разработки методики прямого контроля толщин гидролизованных слоев анионообменных мембран стала способность фиксированных слабоосновных аминогрупп, в отличи от сильноосновных, образовывать химически прочные комплексные соединения с ионами меди (II) [8]. Комплесообразование позволяет проводить количественное определение доли слабоосновных функциональных ионогенных групп и их распределения по толщине в сильноосновных анионообменных мембранах и определять толщины гидролизованных слоев мембран, подвергшихся деструкции в процессе высокоинтенсивного электродиализа. Определение доли сильноосновных функциональных групп, подвергшихся гидролизу или термогидролизу с образованием вторичных и третичных аминогрупп проводилась следующим образом. Образцы исследуемой анионообменной мембраны выдерживались в 0,2 М растворе NaOH при температуре 70 °C, время выдержки мембран варьировалось от 1 до 60 минут. Затем отмытые от щелочи мембраны выдерживались в течении 48 часов в 1 М растворе сульфата меди при рН равном 4. Фиксированные слабоосновные аминогруппы, в отличии от сильноосновных, образуют химически прочные комплексные соединения с ионами Cu²⁺, подобно аммиачным комплексам, где ион меди координируется с четырьмя донорными атомами азота аминогрупп, имеющими свободную неподеленную электронную пару. После указанных процедур исследуемые образцы отмывали деионизованной водой до постоянства химического состава промывочного раствора и высушивались. По продольной координате проводилась разбивка всей толщины изучаемой мембраны на отрезки равные 20 мкм, и в каждом тонком поперечном слое мембраны высчитывалось количество зафиксированных ионных кластеров меди, что позволило судить о толщинах гидролизованных слоев исследуемых мембран. Электронные микрофотографии исследуемых мембран были получены с помощью сканирующего электронного микроскопа Jeol JSM 7500 °F с приставкой элементного анализа. Для расчета площади, занятой кластерами ионами меди, использовалось программное обеспечение Photoshop. Каждая из белых точек на полученных микрофотографиях соответствует сигналам обнаружения ионов меди в локальной области мембраны размером около 1 мкм. Площадь, занимаемая точками (S), нормировалась на площадь сканируемой полосы шириной 20 мкм (S_о), б = S/S_о *100% (отношение площадей в процентах). Количественной характеристикой количества слабоосновных фиксированных аминогрупп является доля поверхности среза, занятая ионами меди (б).