Ионообменная мембрана представляет собой полупроницаемую мембрану , которая переносит некоторые растворенных ионов, в то время блокируя другие ионы или нейтральные молекулы. [1]
Таким образом, ионообменные мембраны электропроводны. Они часто используются при опреснении и химическом восстановлении, перемещая ионы из одного раствора в другой при небольшом прохождении воды. [2]
Важные примеры ионообменных мембран включают протонообменные мембраны , которые переносят H+
катионы и анионообменные мембраны, используемые в некоторых щелочных топливных элементах для переноса OH-
анионы.
Структура и состав [ править ]
Ионообменная мембрана обычно изготавливается из органического или неорганического полимера с заряженными (ионными) боковыми группами, таких как ионообменные смолы . Анионообменные мембраны содержат фиксированные катионные группы с преимущественно подвижными анионами; поскольку анионы составляют большинство частиц, большая часть проводимости обусловлена переносом анионов. Обратное верно для катионообменных мембран .
Так называемые гетерогенные ионообменные мембраны имеют низкую стоимость и более толстый состав с более высоким сопротивлением и шероховатой поверхностью, которая может подвергаться загрязнению. Однородные мембраны более дорогие, но имеют более тонкий состав с меньшим сопротивлением и гладкой поверхностью, менее подвержены загрязнению. Гомогенные поверхности мембран можно модифицировать для изменения проницаемости мембраны для протонов, одновалентных и двухвалентных ионов. [3]
Избирательность [ править ]
Селективность ионообменной мембраны обусловлена равновесием Доннана, а не физическим блокированием или электростатическим исключением определенных заряженных частиц.
Селективность переноса ионов противоположных зарядов называется избирательной проницаемостью. [3]
Приложения [ править ]
Ионообменные мембраны традиционно используются в электродиализе или диффузионном диализе с помощью электрического потенциала или градиента концентрации, соответственно, для селективного переноса катионных и анионных частиц. При применении в процессе опреснения электродиализом анионообменные и катионообменные мембраны обычно располагаются поочередно между двумя электродами (анодом и катодом) внутри электродиализной батареи. Гальванический потенциал подается как напряжение, генерируемое на электродах. [3]
Типичная промышленная электродиализная установка состоит из двух камер: камеры продукта-воды и камеры отклонения концентрата. Во время работы штабеля соли переходят из продукта в концентрат. В результате поток брака концентрируется, а поток продукта обессоливается. [3]
Примеры применения ионообменных мембран, используемых в электродиализе и EDR, включают опреснение морской воды, очистку промышленных сточных вод с сильно накипными водами, производство продуктов питания и напитков и другие промышленные сточные воды. [3]
Ссылки [ править ]
- ↑ Танака, Ёсинобу (январь 2015 г.). Ионообменные мембраны: основы и приложения . Япония: Эльзевир. п. 47. ISBN 978-0-444-63319-4.
- ^ Strathmann, Хайнер (2004). Серия «Мембранная наука и технология», 9: Процессы ионообменной мембранной сепарации (Первое издание). Сан-Диего, Калифорния, США: Эльзевир. С. 90–206. ISBN 0-444-50236-X.
- ^ а б в г д Дэвис, TS (1990). «Электродиализ», в Справочнике по промышленной мембранной технологии (первое издание). Нью-Джерси, США: Публикация Нойес. С. 40–102. ISBN 9780815512059.
См. Также [ править ]
- Протонообменная мембрана
