Membrana jonowymienna
Membrana jonowymienna to półprzepuszczalna membrana , która przenosi pewne rozpuszczone jony, blokując jednocześnie inne jony lub cząsteczki obojętne.
Dlatego membrany jonowymienne przewodzą prąd elektryczny. Są często używane w zastosowaniach odsalania i odzyskiwania substancji chemicznych, przenosząc jony z jednego roztworu do drugiego przy niewielkim przepływie wody.
Ważnymi przykładami membran jonowymiennych są membrany protonowymienne , które transportują kationy H +
oraz membrany anionowymienne stosowane w niektórych alkalicznych ogniwach paliwowych do transportu anionów
OH- .
Struktura i skład
Membrana jonowymienna jest zwykle wykonana z polimeru organicznego lub nieorganicznego z naładowanymi (jonowymi) grupami bocznymi, takimi jak żywice jonowymienne . Membrany anionowymienne zawierają utrwalone grupy kationowe z przewagą ruchomych anionów; ponieważ aniony stanowią większość gatunków, większość przewodności wynika z transportu anionów. Odwrotna sytuacja dotyczy membran kationowymiennych .
Tak zwane heterogeniczne membrany jonowymienne mają niski koszt i grubszy skład o większej odporności i szorstką powierzchnię, która może podlegać zanieczyszczeniu. Membrany homogeniczne są droższe, ale mają cieńszy skład, mniejszą odporność i gładką powierzchnię, mniej podatną na zabrudzenia. Homogeniczne powierzchnie membrany można modyfikować, aby zmienić przepuszczalność membrany dla protonów, jonów jednowartościowych i jonów dwuwartościowych.
Selektywność
Selektywność membrany jonowymiennej wynika z równowagi Donnana , a nie z fizycznego blokowania lub elektrostatycznego wykluczania określonych naładowanych gatunków.
Selektywność transportu jonów o przeciwnych ładunkach nazywana jest selektywnością przepuszczalności.
Aplikacje
Membrany jonowymienne są tradycyjnie stosowane w elektrodializie lub dializie dyfuzyjnej za pomocą odpowiednio potencjału elektrycznego lub gradientu stężeń w celu selektywnego transportu związków kationowych i anionowych. W przypadku stosowania w procesie odsalania elektrodializy membrany anionowymienne i kationowymienne są zwykle rozmieszczone naprzemiennie między dwiema elektrodami (anodą i katodą) w stosie do elektrodializy. Potencjał galwaniczny jest dostarczany jako napięcie generowane na elektrodach.
Typowy przemysłowy stos do elektrodializy składa się z dwóch komór: komory produkt-woda i komory koncentrat-odrzut. Podczas pracy komina sole są przenoszone z produktu do koncentratu. W rezultacie strumień odrzutu jest zatężany, podczas gdy strumień produktu jest odsalany.
Przykładowe zastosowania membran jonowymiennych wykorzystywanych w elektrodializie i EDR obejmują odsalanie wody morskiej, oczyszczanie ścieków przemysłowych z wód silnie osadzonych, produkcję żywności i napojów oraz inne ścieki przemysłowe.