Absorption de l’ammoniac en solution par une membrane echangeuse de cations sous forme acide

¹ Laboratoire de Chimie Macromoléculaire. ERA 471. Faculté des Sciences de Rouen, B.P. 67, 76130 Mont Saint Aignan, France.
² Institut Polytechnique, Kaunas, Lituanie, URSS.

Résumé

La cinétique d’absorption de l’ammoniac en solution par une membrane sulfonique initialement sous forme acide a été analysée d’un point de vue théorique en considérant successivement : 1) la diffusion de NH₃ dans les films de polarisation qui environnent la membrane, 2) la protonation instantanée de NH₃ en [math] à l’interface “membrane/film”, 3) l’interdlffusion des ions compensateurs [math] et H⁺ au sein de l’échangeur d’ions.

On prévoit une cinétique d’absorption en deux étapes, d’abord un contrôle par la diffusion dans les films et une loi linéaire en fonction du temps, puis, dès que les groupes sulfoniques en surface de la membrane sont tous passés sous forme [math], un contrôle par la diffusion dans le matériau échangeur d’ions. Ces prévisions se vérifient expérimentalement en suivant en fonction du temps, pour différentes concentrations et différents régimes de convection, l’évolution du taux de fixation de l’ammoniac par des échantillons de membrane plongés dans un grand volume de solution. Le système peut être généralisé à tout perméant S non-ionique réagissant avec un contre ion T⁺ (ou T^—) au niveau de groupements échangeurs d’ions pour former le complexe ST⁺ (ou ST^—), processus qui peut constituer la première étape d’un transport facilité de S.

Abstract

The kinetics of absorption-reaction of aqueous NH₃ by a sulfonic membrane in the H⁺ form was considered.

The theoretical treatment assumes three steps : 1) the diffusion of NH₃ through the unstirred layers, 2) the instantaneous protonation of NH₃ on the “membrane/film” interface, 3) the interdiffusion of [math] and H⁺ counter ions of the fixed sulfonic groups of the membrane.

Two kinetic regimes are predicted : 1) initially the control by the films and a linear absorption rate versus the time, 2) then the interface is saturated (τ = τ_σ) and the superficial sulfonic groups are neutralized by [math] ions ; the kinetics falls under membrane control and progressively decreases.

The theoretical law is well suported by experimental measurements of the absorption rate of dissolved ammonia, for different concentrations and different stirring rates of the solution. This system is a good model for ionic permeating species S able to combine with the T⁺ (or T^—) counter ion of ion exchange groups and generate the ST⁺ (or ST^—) complex.