Membrany jonowymienne
i prądowe techniki membranowe (część 1)
Wykład 9
Opracowała dr Elżbieta Megiel
Membrany jonowymienne
Membrany jonowymienne heterogeniczne i homogeniczne.
S. Koter, Zastosowanie membran jonowymiennych w układach elektrochemicznych, XII Ogólnopolska Szkoła Membranowa "Podstawy - Aplikacje - Przyszłosc„, 15-18.04.2012, Jadówki k/Iławy
Zastosowanie membran jonowymiennych w technikach prądowych
Procesy separacji: • Elektrodializa • Elektrodializa z membraną
bipolarną • Elektroliza
Źródła prądu: • Membranowe ogniwa paliwowe • Akumulatory membranowe
Metody wytwarzania membran jonowymiennych Membrany heterogeniczne
• Wprasowywanie cząstek jonitu w folię obojętnego polimeru
• Dyspergowanie cząstek w roztworze zawierającym spoiwo błonotwórcze, a następnie odparowywanie rozpuszczalnika
• Dyspergowanie cząstek w częściowo spolimeryzowanym polimerze i dalsza polimeryzacja spoiwa w zawiesinie
Metody wytwarzania membran jonowymiennych Membrany homogeniczne
• Polikondensacja monomerów z grupami jonowymi, następnie sieciowanie
• Kopolimeryzacja styrenu i diwinylobenzenu, po której wprowadza się grupy jonowe
OH
SO3H
CH2
OH
SO3H
Wytwarzanie membran z kopolimerów perfluorowych
• Stabilne w środowisku agresywnym, kosztowne. Otrzymywane w wyniku kopolimeryzacji tetrafluoroetylenu TFE i eteru perflurowinylowego PVEX, zawierającego prekursor grupy jonowej (SO2F, SR, SO2R, COOR, COF, CN)
CF2
CF2
( )x CF
2( CF)
y
O
CF2
CF CF3
O
CF2
( )m
( )n
X
m=0 lub 1, n=1 –12
Membrany interpolimerowe
• Otrzymywane w wyniku odparowywania rozpuszczalnika z roztworu zawierającego
liniowy polielektrolit i liniowy obojętny polimer, następuje wzajemne przenikanie
łańcuchów, nie jest konieczne sieciowanie.
• Polimer obojętny kopolimer chlorku winylu i akrylonitrylu, polielektrolit kwas
polistyrenosulfonowy.
Charakterystyczne właściwości membran jonowymiennych
Pęcznienie wynikające z:
• Solwatacji grup jonowych i ruchliwych jonów
• Ciśnienia osmotycznego
• Odpychania się elektrostatycznego grup jonowych
• Oddziaływania rozpuszczalnika z siecią polimerową
Parametry charakteryzujące membrany jonowymienne
• IEC – pojemność jonowa (mmol grup jonowych na 1g suchej membrany)
• Nw – zawartość H2O w membranie (g H2O/ 1g suchej membrany)
• rm – opór powierzchniowy membrany mierzony w 0.5M NaCl w 250C
• lm – grubość membrany [mm] 0.1-0.2
Elektrodializa ED
• Stos membran kationowymiennych i anionowymiennych (100 lub więcej par) ułożone naprzemiennie, odległości między nimi < 1mm, między nimi przekładki z polimeru obojętnego, reakcje elektrodowe są nieistotne.
• Wydajność prądowa elektrodializy (ang. Current Efficiency) stosunek liczby moli elektrolitu usuniętego z roztworu odsalanego do liczby moli teoretycznie obliczonej z praw Faradaya :
teoretpr nnCE /
iiteoret
zF
LtIn
Praca zbiorowa pod redakcją A. Narębskiej, „Membrany i membranowe techniki rodziału”Tempus Projekt Toruń 1997
Zastosowanie ED
Zwiększanie/zmniejszanie stężenia elektrolitu w roztworze
(produkcja wody pitnej w wyniku odsalania wody morskiej,
produkcja soli kuchennej z wody morskiej)
Oddzielenie elektrolitu od nieelektrolitu
Oddzielenie jonów jednowartościowych od
wielowartościowych
Rozdzielanie jonów tego samego znaku, ale o różnych
liczbach przenoszenia w membranie
Synteza związków chemicznych w wyniku podwójnej
wymiany jonów w komorach (nawet takich które
„normalnie” nie zachodzą!)
Elekrodializa odwracalna EDR
Słabe punkty ED
Nieidealna selektywność membrany
Konieczność wstępnego oczyszczania roztworów w celu zapobiegania blokowania membran
Elektrodializa odwracalna EDR zmiana kierunku prądu 3-4 razy na godzinę
W porównaniu do odwróconej osmozy ED jest mniej kosztochłonna.
F. Valero, A.Barceló, R. Arbós, „Electrodialysis Technology. Theory and Applications” www.intechopen.com
Instalacja do EDR w stacji uzdatniania wody Abrera Drinking Water Treatment Plant, Hiszpania, uruchomiona w 2009 r.
F. Valero, A.Barceló, R. Arbós, „Electrodialysis Technology. Theory and Applications” www.intechopen.com
Top Related