On the correction for unstirred solution films in ion-exchange membrane cells

Summary

The application of theNernst theory of transport control in heterogeneous reactions to ion-exchange membrane cells is discussed and equations developed for the ionic fluxes in a bi-ionic exchange system. The fluxes are determined partly by diffusion in the membrane and partly by diffusion through solution films adhering to the membrane surfaces.

These equations permit the determination of the thicknesses of the adhering films from flux measurements without requiring any knowledge of the membrane other than its linear dimensions. Once the film thickness has been determined the observed fluxes can be corrected for inefficient stirring enabling the transport properties of the membrane itself to be evaluated.

Experimental data are given which show that the film thickness is, to good approximation, determined only by the cell design and stirring efficiency and is independent of the membrane surface, solution concentration, composition and temperature. This is in support ofNernst's suggestions.

In the cell described mechanical stirring reduced the films to about 4.5·10⁻³ cm at 270 rev./min. It appeared that faster stirring would not effect any further significant improvement. Similar values have been obtained by other workers for a wide range of heterogeneous systems.

Zusammenfassung

Die Anwendung derNernstschen Theorie der transportkontrollierenden Faktoren heterogener Reaktionen auf Ionenaustauscher-Membranen wird diskutiert, und es werden Gleichungen für den Ionenflu\ in zwei ionischen Austauschersystemen abgeleitet.

Die Ströme sind teilweise durch Diffusion in der Membran und teils durch Diffusion im Lösungsfilm, der auf der MembranoberflÄche adsorbiert ist, bestimmt.

Die abgeleiteten Gleichungen erlauben die Bestimmung der Dicke des adhÄrierenden Films aus den Strommessungen, ohne da\ irgend eine Kenntnis über die Membranen au\er ihren Lineardimensionen erforderlich ist. Wenn erst einmal diese Filmdicken bekannt sind, können die beobachteten Ströme auf ungenügende Rührung korrigiert werden, so da\ die Transporteigenschaften der Membran selbst sich auswerten lassen.

Experimentelle Ergebnisse zeigen, da\ die Filmdicke in guter NÄherung nur durch die Zellform und die Wirksamkeit der Rührung bestimmt ist und da\ sie unabhÄngig ist von der MembranoberflÄche der Lösungskonzentration, der Zusammensetzung und der Temperatur. Das ist in übereinstimmung mit denNernstscben Annahmen.

In der beschriebenen Zelle reduziert das mechanische Rühren mit 270 Umdrehungen pro min die Filme auf etwa 4,5·10⁻³ cm. Es schien, da\ schnelleres Rühren keinen weiteren wesentlichen Effekt bringt. Ähnliche Werte wurden von anderen Bearbeitern für einen weiten Bereich heterogener Systeme gefunden.