Ионообменная мембрана
Ионообменная мембрана — это полупроницаемая мембрана , которая транспортирует определенные растворенные ионы, блокируя при этом другие ионы или нейтральные молекулы. [1]
Поэтому ионообменные мембраны электропроводны. Их часто используют при опреснении и химической регенерации, перемещая ионы из одного раствора в другой с небольшим прохождением воды. [2]
Важными примерами ионообменных мембран являются протонообменные мембраны , которые транспортируют H. +
катионы и анионообменные мембраны, используемые в некоторых щелочных топливных элементах для транспортировки OH. −
анионы .
Структура и состав
[ редактировать ]Ионообменная мембрана обычно изготавливается из органического или неорганического полимера с заряженными (ионными) боковыми группами, например ионообменных смол . Анионообменные мембраны содержат фиксированные катионные группы с преимущественно подвижными анионами; поскольку анионы составляют большинство видов, большая часть проводимости обусловлена транспортом анионов. Обратное справедливо для катионообменных мембран .
Так называемые гетерогенные ионообменные мембраны имеют низкую стоимость, более толстый состав, более высокое сопротивление и шероховатую поверхность, которая может подвергаться загрязнению. Гомогенные мембраны дороже, но имеют более тонкий состав, меньшее сопротивление и гладкую поверхность, менее подверженную загрязнению. Гомогенные поверхности мембран можно модифицировать, чтобы изменить селективность мембраны по отношению к протонам, одновалентным ионам и двухвалентным ионам. [3]
Селективность
[ редактировать ]Селективность ионообменной мембраны обусловлена равновесием Доннана , а не физическим блокированием или электростатическим исключением определенных заряженных частиц.
Селективность к транспорту ионов противоположных зарядов называется пермселективностью. [3]
Приложения
[ редактировать ]Ионообменные мембраны традиционно используются в электродиализе или диффузионном диализе с помощью электрического потенциала или градиента концентрации соответственно для избирательного транспорта катионных и анионных частиц. При применении в процессе электродиализного опреснения анион- и катионообменные мембраны обычно располагаются поочередно между двумя электродами (анодом и катодом) внутри электродиализной батареи. Гальванический потенциал подается в виде напряжения, создаваемого на электродах. [3]
Типичная промышленная электродиализная установка состоит из двух камер: камеры с продуктом-водой и камеры с отбраковкой концентрата. В процессе работы штабеля соли переходят из продукта в концентрат. В результате поток отходов концентрируется, а поток продукта обессоливается. [3]
Примеры применения ионообменных мембран, используемых в электродиализе и EDR, включают опреснение морской воды, очистку промышленных сточных вод от сильно накипи, производство продуктов питания и напитков, а также других промышленных сточных вод. [3]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Танака, Ёсинобу (январь 2015 г.). Ионообменные мембраны: основы и применение . Япония: Эльзевир. п. 47. ИСБН 978-0-444-63319-4 .
- ^ Стратманн, Хайнер (2004). Серия «Мембранная наука и технология», 9: Процессы ионообменного мембранного разделения (Первое изд.). Сан-Диего, Калифорния, США: Elsevier. стр. 90–206. ISBN 0-444-50236-Х .
- ^ Jump up to: а б с д и Дэвис, Т.С. (1990). «Электродиализ», в Справочнике по промышленным мембранным технологиям (первое изд.). Нью-Джерси, США: Публикация Нойеса. стр. 40–102. ISBN 9780815512059 .