Slajd 1

Membrany

jonowymienne

membranie kationowymiennej

znajdują się grupy anionowe

(zazwyczaj sulfonowe lub karboksylowe

-SO

, -COO

)

, które są

w równowadze z ruchliwymi kationami (przeciwjony). Inne grupy
jonoczynne

membran

kationowymiennych,

przede

wszystkim: także -PO

, -HPO

, -AsO

, -SeO

Aniony (kojony,współjony) są wykluczane z fazy
membrany.

Efekt Donnana wykluczania

współjonów nadaje membranie

cechę

półprzepuszczalności.

Oznacza to, że

w polu

elektrycznym

membrana przepuszczalna jest tylko dla jednego

rodzaju jonów: kationów lub anionów.

Wykluczanie Donnana

obowiązuje w pełni tylko przy

stosunkowo

niskich stężeniach roztworów otaczających

membranę

. W przypadku wysokich stężeń elektrolitu do

wnętrza membrany wnikają również współjony.

Membrany jonowymienne - podział

Mozaikowe membrany jonowymienne

złożone z losowo

rozmieszczonych

neutralnej

matrycy

polimerowej

makroskopowych skupisk polimerów zawierających

ujemne

grupy jonoczynne oraz skupisk polimerów z wbudowanymi

dodatnimi

jonami stałymi. Podobnie membrany

amfoteryczne

Membrany

bipolarne

składają

się

laminowanych

dwuwarstwowo

membrany

anionowymiennej

kationowymiennej.

Odstęp między nimi tworzy pośrednia

warstewka wody (o grubości około 2 nm). W polu elektrycznym
cząsteczki wody ulegają dysocjacji na jony H

i OH

, które są

przenoszone do sąsiednich komór, umożliwiając produkcję kwasów
i zasad z roztworów odpowiednich soli.

Membrany bipolarne

Cechy membran jonowymiennych:

1.Wysoka selektywność

w stosunku do jednego z jonów

(membrana jonowymienna powinna być przepuszczalna
dla

przeciwjonów,

ale

nieprzepuszczalna

dla

współjonów),

2.Mała oporność elektryczna

3.Wysoka

wytrzymałość

mechaniczna

odporność

chemiczna (niski stopień pęcznienia lub kurczenia się
przy przejściu z roztworów rozcieńczonych do
stężonych).

Najważniejsze parametry charakteryzujące membrany
jonowymienne:
•zawartość wody w membranie

czyli jej podatność na

pęcznienie (określa nie tylko mechaniczne właściwości i
stabilność wymiarową membrany, ale wpływa również na
jej

selektywność,

oporność

elektryczną

przepuszczalność);

•właściwości elektrochemiczne

(określające przydatność

membrany  w  różnych  procesach),  m.in.:  gęstość  ładunku
membrany,  oporność  elektryczna,  selektywność  wobec
jonów  i  transport  komponentów  niejonowych,  takich  jak
woda czy inne neutralne cząsteczki.

ELEKTRODIALIZA -
ELEKTRODIALIZER

Technika membranowa polegająca na selektywnym

transporcie jonów,

przez ułożone na przemian

membrany anionowymienne i kationowymienne, przy
pomocy zewnętrznego pola elektrycznego.

roztwór elektrodowy

koncentrat
(zatężony)

diluat

(pozbawiony soli)

anoda

katoda

membrany

kationowymienn

membrany
anionowymienne

Elektrodializer

zachodzi proces elektrodializy

– moduł stosu membran na przemian kationitowych
(MK) i anionitowych (MA), znajdujących się w
stałym

polu

elektrycznym,

przedzielonych

przekładkami, które tworzą komory wypełnionymi
elektrolitami.

Nadawa-
elektrolit

Z  kolei  kationy  płyną  w  kierunku  katody  (-)  przez  membranę
kationowymienną i zostają zatrzymane przez sąsiednią membranę
anionowymienną.
W ten  sposób,  w  co  drugiej  komorze  elektrodializera  z  roztworu
usuwane  są  jony  (są  to

komory diluatu

), a w pozostałych

komorach – zatężane (

komory koncentratu

Aniony z roztworu
przyciągane

są

przez anodę (+),
przenikają
swobodnie

przez

dodatnio
naładowaną
membranę  aniono-
wymienną  (MA)  i
zostają  zatrzymane
w sąsiedniej
komorze

przez

ujemnie
naładowaną
membranę
kationowymienną
(MK).

W czasie procesu, w wyniku przepływu jonów, obserwuje się

spadek przewodności elektrolitycznej dializatu,

czego

skutkiem jest stopniowe

zmniejszanie natężenia prądu

płynącego w układzie

, a tym samym

spadek sprawności

procesu

. Wzrost napięcia przyłożonego do elektrod utrzymuje

wprawdzie wartość prądu, lecz zwiększa zarazem zużycie energii.

Nada
wa

D - diluat

K -koncentrat

D K D
K D

Wydajność prądowa

elektrodializy (η) – stosunek

liczby moli elektrolitu usuniętego z roztworu
wprowadzanego do ED (Δn

) do liczby obliczonej

teoretycznie (Δn

teor.

) z prawa Faradaya:

Wielkość

strumienia poszczególnych składników

)

w elektrodializie opisuje równanie Nernsta-Plancka:

– współczynnik dyfuzji składnika i w membr.

dCi/dx – gradient stężenia po obu stronach
membrany
F - stała Faradaya, R – stała gazowa,
z – wartościowość, E – potencjał elektryczny,
C

– stężenie wprowadzanego składnika i, dE/dx – gradient

potencjału elektrycznego















dyfuzja migracja

=Δn

Δn

teor.

Czynniki obniżające η:

• Elektryczny transport współjonów,

• Elektroosmotyczny transport wody

• Dyfuzja soli

• Osmotyczny transport wody

Wielkość

zmiany stężenia elektrolitu

w komorze

rozcieńczenia:

ΔC





 < l, wydajność prądowa,
Q

strumień roztworu w komorze rozcieńczania,

- powierzchnia membrany,

i = I/A

- gęstość prądu elektrycznego

, czyli

natężenie prądu (I) przypadające na jednostkę
powierzchni membrany).

Maksymalna gęstość prądu – osiągana, kiedy stężenie soli
przy powierzchni membrany w komorze diluatu sięga zera
– nazywana jest

graniczną gęstością prądu

Ponieważ

liczba

przenoszenia jonów w
membranie jest większa
niż

roztworze

prowadzi to do

spadku

stężenia przeciwjonów
w warstwie granicznej

przy

powierzchni

membrany po stronie
diluatu

wzrost

stężenia jonów

przy

powierzchni membrany
po stronie koncentratu.

Polaryzacja stężeniowa w elektrodializie:

Roztwór
elektrodo
wy

Zasilani

Chlorowa

nie

Filtr

wstępny

Pompa
zasilająca

Elektrodial

izer

Diluat

Koncentr

membrany

Komora

elektrodowa

Koncentra

Diluat

Nadawa

Elektroda

R-r

elektrodow

Elektroda

Komora

diluatu

Przekładk

Komora

koncentratu

Roztwór
NaCl

Solanka

Woda odsolona
(zmiękczona)

Następuje usunięcie soli (twardości) z wody z
utworzeniem

wody

odsolonej/zdejonizowanej/zmiękczonej i solanki.

Zastosowanie elektrodializy:

1.Odsalanie (zmiękczanie)

wód w kierunku produkcji

wody do picia lub jej

demineralizacji

oraz

wody

przemysłowej

z wód zasolonych

MA – membrana anionowymienna

MK – membrana kationowymienna

(Ca

)

(Ca

)

(Ca

)

(Ca

)

(Ca

)

2. Produkcja soli

z wody
morskiej

Woda
morska

Filtracja

Woda

z płukania

Elektrodializa

Rozcieńczona

woda morska

Suszenie

Sól

spożywcz

3. Usuwanie anionów z wód
4. Usuwanie ze ścieków metali ciężkich

(galwaniczne)

5. Odsalanie serwatki i inne zastosowania.

Odparowanie

solanki

Para

Ług macierzysty

Krystaliz
acja

Koncentr
at

3. Usuwanie azotanów -

Elektrodializa



Praktycznie

całkowita demineralizacja

(90-99% w

zależności

warunków

procesowych).

Membrany

monoanionowymienne.



Jony towarzyszące obniżają usunięcie NO

, mimo że

szybkość transportu anionów maleje w następującej
kolejności:

azotany > chlorki > węglany > siarczany



Stosuje się gdy wymagany jest

wysoki stopień odzysku

wody

- do 99%.

 Fouling

- opcja z przełączaniem biegunów.

N a

W o d a s u r o w a

R o z t w ó r s tę ż o n y

R o z t w ó r r o z c ie ń c z o n y

A - m e m b r a n y a n i o n o w y m ie n n e

K - m e m b r a n y k a tio n o w y m i e n n e

N O

3.Usuwanie innych anionów-

Elektrodializa

Usunięc

BrO

−

w procesie

EDR 86-87%

(membrana Neosepta

AMX).

Usunięcie

chloranów(VII):

 ED i EDR

usunięcie

70-97%.

Usunięcie fluorków -

Stosuje się układy 2.stopniowe

wcześniejszym

usunięciem

jonów

dwuwartościowych:

 dwustopniowa ED z zastosowaniem w pierwszym

stopniu

membran

monoselektywnych

ACS-CMX

(Tokuyama Co.), które w ograniczonym stopniu
przepuszczają

jony

dwuwartościowe

oraz

konwencjonalnych membran ANF-CMX (Tokuyama Co.)
(rys.29),

 ze wstępnym usuwaniem jonów dwuwartościowych

metodami chemicznymi oraz konwencjonalną parą
membran ANF-CMX

Zawartość  jonów  fluorkowych  zostaje  zmniejszona  na
ogół  z  3  mg/l  do  0,63  -  0,81  mg/l  ze  wstępnym
usunięciem  jonów  dwuwartościowych,  co  pozwala  na
uzyskanie  wody  o  jakości  odpowiadającej  wodzie  do
picia.

Gdy  membrana  bipolarna  zostanie
umieszczona w roztworze wodnym w
stałym  polu  elektrycznym  tak  że
warstwa  kationowymienna  zwrócona
jest  w stronę  katody, a  anionoczynna
w  stronę  anody,  to  przestrzeń
międzymembranowa

krótkim

czasie zostanie opróżniona z jonów
soli. Wówczas rozpoczyna się

proces

dysocjacji wody na jony H

i OH

które

są

transportowane

odpowiednich elektrod.

Membrana bipolarna jest membraną
kompozytową składającą się z dwóch
warstw o

przeciwnie naładowanych

grupach jonoczynnych.

Elektrodializa

bipolarna

Mechanizm rozszczepiania wody:

1. Wzrost przewodnictwa elektrolitycznego słabych elektrolitów

pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego,

2. Zwiększona dysocjacja wody wywołana jest odwracalną

reakcją przeniesienia protonu pomiędzy grupą własną
membrany a cząsteczkami wody.

Membrana bipolarna

PROCES

ELEKTRODEJONIZACJI

 Żywice

jonowymienne

są

polimerami

zawierającymi

naładowane grupy funkcyjne zdolne do wymiany jonów
przeciwnego

znaku

(przeciwjony),

a więc są

przewodnikami stałego prądu elektrycznego

 W

polu

elektrycznym,

przeciwjony wędrują wzdłuż
polimeru

kierunku

odpowiednich

elektrod.

Przewodnictwo

elektryczne

jonitów zależy od

mobilności

jonów

powinowactwa

przeciwjonów

do jonitu

 Jony są o kilka rzędu

bardziej mobilne w żywicy
niż w wodzie.

W procesie ED klasycznej ma

miejsce

ciągły

spadek

przewodnictwa

komorze

diluatu

W systemie składającym

się z rozcieńczonego roztworu
elektrolitu w kontakcie z żywicą,

transport

jonów

polu

elektrycznym

będzie

przebiegał prawie wyłącznie
przez żywicę jonową a nie w
wodzie.

E
1

E
2

ZasilanieN
aCl

Koncent

rat EDI

Produkt
EDI

Zasilani
e

Dwujo
nit

K
M

AM – membrana
anionoiwymienna

KM – membrana kationowymienna,

• Elektrodejonizacja

(EDI)

jest

połączeniem

elektrodializy i wymiany
jonowej.

Ad.1: Bardziej popularnym rozwiązaniem EDI jest

konstrukcja gdy

tylko komora diluatu jest

wypełniona jonitem.

—

Roztwór

elektrodowy

Roztwór

elektrodowy

Diluat -

produkt

Nadawa,

np.NaCl

Koncentrat -

produkt

Anoda

Katoda

W metodzie EDI stosuje się dwa rozwiązania
konstrukcyjne:

1. tylko

komory diluatu są wypełnione jonitem,

2. komora

diluatu

jak

koncentratu

są

wypełnione jonitem.

Woda surowa
(NaCl) zasila
równolegle

komory
roztw.
zatężonego i
rozcieńczon
ego

która

wypełniona
jest
mieszaniną
kationitu

anionitu.

Jeden
strumień
zasilający i
dwa
odprowadza
ne z EDI

jest połączeniem

elektro-dializy

wymiany jonowej.

membrana
kationowymie
nna

membrana
anionowymien
na

Diluat -

produkt

Koncentrat

Diluat

Diluat -

produkt

Koncentrat

Roztwór

elektrodowy

Roztwór

elektrodowy

Roztwór

elektrodowy

Roztwór

elektrodowy

pomocą

tego

procesu

można

efektywnie

odsalać

wodę, a jonity są w
sposób

ciągły

regenerowane

pomocą

prądu

elektrycznego do formy
wodorowej

wodorotlenowej.

Jony: Na

, Ca

2+,

, SO

W komorach
diluatu zachodzą
dwa procesy:

na wlocie

akre

ych

stę

soli

tępuje

transport

jonów

dobr

prz

zą

ierzc

itowyc

;

w p

bliżu w

lotu

komór

bardz

łych

ęż

eń

soli

tępuje

dysocjacja wody

;

ją

ąza

e z żywi

jony

ędrują

prz

wier

chnie

membra

kom

koncentratu

. Dysocjacja

występuje na granicy

żywica/

żywica

żywica/ membrana

kation
it
anioni
t

Produkt

Koncentr
at

Zasilani
e

Elektrodejonizacja
mechanizm

Zasilani
e

Zalety
elektrodejonizacji

• eliminacja

konieczności

chemicznej

regeneracji jonitów, ponieważ są one w sposób
ciągły regenerowane w ramach jednego
procesu,

• układ

pracuje

systemie

ciągłym

odróżnieniu od klasycznej wymiany jonowej,

• możliwość dejonizacji bardziej rozcieńczonych

roztworów,

• możliwość otrzymania wody o wyższym stopniu

demineralizacji, tzn. o przewodnictwie poniżej
0,1 S/cm.

Jako zaawansowana i przyjazna dla środowiska
technologia, EDI staje się w coraz większym stopniu
dominującym procesem w produkcji

wody wysokiej

czystości

i jest stosowana w wielu dziedzinach takich

jak

energetyka,

bio-farmaceutyka

przemysł

mikroelektroniczny.

Układ

hybrydowy

: odwrócona

osmoza- wymiana

jonowa/elektrodejonizacja

• Istotne jest

wstępne przygotowanie wody

przed RO (często

koagulacja-flokulacja-sedymentacja). Zależy od źródła wody.

• RO – usunięcie około 99,5% substancji rozpuszczonych.

• Układ korzystny przy

wyższym zasoleniu wody surowej, tj.

>350-450 mg/l NaCl.

• Aspekty

ekologiczne.

Wstępne

przygotowanie wody

Filtr 10

Odwrócona

osmoza

Odwrócona

osmoza

Retentat

Woda surowa

Złoże jonitowe

lub

elektrodejonizacja

Złoże jonitowe

lub

elektrodejonizacja

Pompa

Woda

zdemineralizowana

System najczęściej stosowany

EDI do demineralizacji wody stosuje się na
ogół w połączeniu

z odwróconą osmozą (RO).

Permeat

przewodnictwie 15 S/cm
zasila bezpośrednio moduł
EDI

bez

dalszego

oczyszczania. Jednostka EDI
pracuje

wydajnością

odzysku wody wynoszącą
75% - 90%. Tego typu
urządzenie

może

być

źródłem wody dejonizowanej
o

przewodności poniżej

0,1 S/cm.

Węgiel

aktywn

Filtracj

Permeat

15 S/cm

Woda

wodociągo

400 S/cm

Moduł EDI

Retentat

Koncentr

at EDI

Produkt EDI
<0,1 S/cm

Układ : odwrócona osmoza-

elektrodejonizacja

Przykładem

instalacji

jest

instalacja

Wrotków/Lublin

służąca

produkcji

wody

zasilającej turbiny bloku gazowo-parowego.

Cały system składa się z następujących procesów :

woda surowa z Zalewu Zembrzyckiego -

chlorowanie wody na

ujęciu – dekarbonizacja mlekiem wapiennym – filtracja

wielowarstwowa - filtracja na węglu aktywnym – zmiękczanie –

filtracja świecowa 5 m –

2-stopniowa

odwrócona osmoza

–

elektrodejonizacja

Parametr

Woda

surowa

Permeat RO

Woda po EDI

Przewodność,
S/cm
Chlorki, mg/l
Siarczany, mg/l

Krzemionka,
mg/l

499

14,2
24,9
24,1

8,2

0,04

0,1

0,055

0,06

<0,03

<0,1

<0,006

Węgiel organ.,
mg/l

9,0

<0,2

Ba, mg/l

Ca, mg/l
Mg, mg/l
Na, mg/l

0,055

91,3

5,7
6,0

0,007
0,001

0,69

0,003
0,002

Elektroliza
membranowa

MK, m – membrana kationowymienna; a – anoda, k –
katoda

Reakcje elektrodowe

Anoda: 2Cl

→ Cl

+ 2e Katoda: 2H

O +2e → 2OH

+ H

Reakcja sumaryczna: 2NaCl + 2H

O → 2NaOH + Cl

+ H

W porównaniu do elektrodializy:
1) w elektrolizerze elektrody rozdzielone są tylko

jedną

membraną jonowymienną

reakcje elektrodowe są istotne

Aspekty ekologiczne elektrolizy

membranowej

5. Istotnym

czynnikiem

zarówno

ekologicznym

jak

ekonomicznym jest znaczące

obniżenie zużycia energii

elektrycznej

(o ok. 25%) w porównaniu do stosowanej

dotychczas metody rtęciowej.

4. Zastosowana technologia jest bezrtęciowa i bezazbestowa,

czyli

najmniej uciążliwa dla środowiska naturalnego

wszystkich

znanych

technologii

elektrolizy

solanki.

Technologia  spełnia  obecnie  wymagania  dla  instalacji
elektrolizy,  które  będą  w  Unii  Europejskiej  obowiązywać  od
2020  r.  i  których  jeszcze  nie  spełnia  wielu  znanych
producentów europejskich.

1. Przemysł chlorowo-alkaliczny zajmuje się produkcją

chloru

(Cl2)

oraz

alkaliów

– wodorotlenku sodowego (NaOH) lub

wodorotlenku potasowego (KOH) – za pomocą elektrolizy
roztworu

soli

2. Podstawowe technologie zastosowane w produkcji chlorowo-

alkalicznej to

elektroliza w elektrolizerze rtęciowym,

przeponowym

lub

membranowym

głównie

wykorzystaniem jako surowca chlorku sodowego (NaCl) lub w
mniejszym stopniu z wykorzystaniem chlorku potasu (KCl) do
produkcji wodorotlenku potasowego.

3. Obecnie rezygnuje się z elektrolizy rtęciowej i

azbestowej na rzecz membranowej

Elektro-
elektrodializa

jest połączeniem elektrodializy z

elektrolizą (EED).

Metoda

opiera

się

reakcjach

elektrolizy

przebiegających na elektrodach oraz na procesie
elektrodializy.
W

EED

wyodrębnione

są

systemy

dwu-

trójkomorowe.

W katolicie wytrącają się

wodorotlenki metali

Dwukomoro

wy system

EED do

oczyszczani

a ścieków

chromowyc

Ścieki zawierające
Cr

Ścieki
zawierające
jony Cr(VI)

CrO

Trójkomorowy system EED

Oczyszczany

roztwór

zasila

środkową

komorę

urzą-dzenia,

oddzieloną od komory
anolitu

membraną

anionowymienną,

komory

katolitu

membraną

kationowymienną

Komora

anolitu

zasilana

jest

wodą,

natomiast

komora

katolitu

roztworem

Jony

Cr(VI)

migrują

anolitu,

gdzie z utworzonymi na
anodzie

protonami

tworzą

kwas

chromowy(VI).
Z kolei kationy metali
przechodzą do katolitu.
H

neutralizuje

powstające na katodzie
jony

wodorotlenowe,

dzięki czemu w tej
części

powstają

rozpuszczalne
siarczany(VI) metali.

anolit

katolit

(III) i (VI)

AEM – membrana anionowymienna
CEM – membrana kationowymienna

W komorach przepływają w
przeciwprądzie

zużyty

roztwór

procesu

trawienia i woda. Ponieważ
membrany

są

mało

selektywne dla jonów H

więc

kwas

może

stosunkowo

łatwo

dyfundować

wody.

Stężenie kwasu w dializacie
jest zawsze mniejsze niż w
nadawie.

Natomiast

pozostałe kationy są przez
membranę zatrzymywane,
tak

że

strumieniu

pozostają wyłącznie sole
metali.

W praktyce termin "dializa dyfuzyjna" używany jest
obecnie w zawężonym znaczeniu i oznacza technikę

odzyskiwania kwasów (H

, HCl, HNO

i HF) z

roztworów odpadowych (ścieków) zawierających
mieszaniny kwasów i soli.

Ścieki
zawierają
ce

Membrana

aninowymien

Wod
a

Odzyskan

y kwas

Czys
ty

Dializa

dyfuzyjna

stosowana

jest

odzyskiwania

kwasów

mineralnych

w metalurgii,

galwanizerniach itp.
Tradycyjnie, ścieki te są

neutralizo-wane

przed

odprowadzaniem do wód .
DD umożliwia

odzyskiwanie

kwasów

i ich ponowne

stosowanie. Możliwe jest
odzyskanie

roztworu

trawiącego  80-85%  wolnego
kwasu  i  zawrócenie  go  jako
oczyszczonego,  z  około  5%
zanieczyszczeniem metalem.

kw.1

kw.2

kw.1

kw.2

Zastosowanie dializy dyfuzyjnej:

• Odzysk, oczyszczanie kwasów siarkowego,

chlorowodorowego, solnego, azotowego
fluorowodorowego i in.

• Odkwaszanie i oczyszczanie metali ziem rzadkich.

• redukcja zapotrzebowania na kwasy, wobec ich

odzyskiwania z odpadów,

• redukcja substancji szkodliwych odprowadzanych

do środowiska, ze względu na odzysk kwasów,

• proces jest procesem ciągłym

• niewielkie zapotrzebowania na energię i niski

koszt, ponieważ siłą napędową jest różnica stężeń.

Zalety dializy dyfuzyjnej:

Ilościowo

przenoszenie związku (W)

przez membranę

techniką dializy dyfuzyjnej jest proporcjonalne do
powierzchnia membrany (

) i różnicy stężeń po obu jej

stronach (

Δc

W=U·S·Δc

Iloraz współczynników dializy (

) związków A i B nosi

nazwę

współczynnika separacji

A,B

= U

II. W czasie

transportu jonowymiennego

roztworze

odbierającym

•Jon H

ulega rozcieńczaniu (różnica stężeń)

•jon M

ulega zatężaniu (interdyfuzja).

I. Na

początku procesu

stężenie jonów H

roztworze odbierającym (2) jest znacznie
wyższe niż stężenie jonów M

w roztworze

zasilającym (1):

(I) C

M,2

> C

H,1

III

. Równowagowe

stężenia obu kationów w

roztworze odbierającym są wyższe niż
odpowiednie

stężenia

roztworze

zasilającym, mimo spadku stężenia H

H,2

> C

H,1

M,2

> C

M,1

(III)

Dializa Donnana

proces obejmujący wymianę jonów

tego  samego  znaku  pomiędzy  dwoma  roztworami  rozdzielonymi
membraną jonowymienną, która jest selektywna dla danego typu
jonów. Siłą napędową jest różnica stężeń pomiędzy roztworami.
Proces  wymiany  jonów  pomiędzy  roztworami  trwa  tak  długo,  aż
ustali  się  pomiędzy  nimi  tzw.

równowaga Donnana,

tj.

równowaga pomiędzy stężeniami kationów i anionów elektrolitu
wewnątrz i na zewnątrz membrany jonowymiennej.

roztwór
odbierają
cy
(2)

roztwór
zasilający
(1)

Dochodzenie do stanu równowagi układu
składającego się z dwóch jonów dodatnich i
membrany kationowymiennej:

Dializa Donnana

Technika membranowa, której siłą napędową jest różnica
potencjałów chemicznych roztworów rozdzielonych membraną
jonowymienną.

Membrana jonowymienna rozdziela dwa roztwory, które różnią się
zarówno składem, jak też stężeniem – roztwór zasilający (nadawa)
oraz roztwór odbierający (koncentrat).

Koncentrat zawiera elektrolit

o  relatywnie  wysokim  stężeniu  –  zwykle  jest  to  roztwór  prostej  soli  lub
kwasu o stężeniu od 0,1 do 1 mol/l. Natomiast roztwór zasilający cechuje
się stężeniem znacznie niższym – zwykle od 0,001 do 0,1 mol/l. W wyniku
istnienia  dużego  gradientu  stężenia,  obecne  w  roztworze  odbierającym
aniony  lub  kationy  (zależnie  od  wykorzystanej  membrany)  dyfundują  do
roztworu zasilającego w celu wyrównania stężeń.

Aby zachowana została elektroneutralność obu roztworów,
wymuszony zostaje równoważny przepływ jonów tego samego
znaku w kierunku przeciwnym – z nadawy do koncentratu.

Roztwór

zasilający

woda+NaA

Membrana

anionowymien

Roztwór

odbierający

Np. roztwór

NaCl

Roztwór

zasilający

woda+CaSO

Membrana

kationowymie

nna

Roztwór

odbierający

Np. roztwór

NaCl

 Usuwanie uciążliwych jonów

z wody przed elektrodialitycznym

odsalaniem. Proces polega na zastąpieniu jonów, które
powodują wytrącanie osadów w komorach koncentratu (np.
SO

i HCO

) jonami neutralnymi (np. chlorkami). W wyniku

wstępnej wymiany anionów lub kationów, obserwuje się
większą szybkość usuwania soli (do 20%) i mniejsze zużycie
energii (do 3 razy) w ED.

Zastosowanie dializy Donnana



Wymienia się usuwanie takich

anionów

jak fluorki, azotany,

bromiany i chlorany (VII) przy produkcji wody do picia. Proces

z membraną anionowymienną

pozwala na obniżenie

stężenia anionu(ów) poniżej norm środowiskowych.

Dializa

Donnana

jest

szczególnie

polecana

odzyskiwania, usuwania i zatężania nieorganicznych
jonów ze środowiska wodnego, szczególnie z wód o niskim
zasoleniu.



Zastosowanie

także

bioreaktorach

membraną

anionowymienną

(IEMB) do usuwania oksyanionów. Proces

polega na usuwaniu anionów z wody, a następnie ich redukcji
(w  biokomorze)  do  produktu  obojętnego.  Dzięki  obecności
membrany,  oczyszczana  woda  jest  oddzielona  fizycznie  od
biomasy,  co  pozwala  na  wyeliminowanie  zanieczyszczenia
wody przez mikroorganizmy.



Wymienia się usuwanie lub wzbogacanie kationów Ag

i Zn

, Au

i Ag

, Ni

i Co

z wody i ścieków picia. Proces

przebiega

z membraną kationowymienną

Document Outline