biotechnologia


 
 

Elektrodializa

Elektrodializa to proces podczas którego jony transportowane są przez półprzepuszczalne membrany jonowymienne zaś siłą napędową jest różnica potencjału elektrycznego. Jony pod wpływem pola elektrycznego wytworzonego między elektrodami wędrują z roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o stężeniu większym. Aniony obecne w strumieniu zasilającym przemieszczają się w stronę anody tak długo, aż napotkają membranę kationowymienną nieprzepuszczalną dla nich, analogicznie do tego kationy wędrują do katody, aż do momentu kiedy dotrą do membrany anionowymiennej.


Historia elektrodializy

Elektrodializa intensywnie rozwija się od połowy XX wieku , kiedy to w 1952 roku powstał pierwszy zakład odsalania wody z wykorzystaniem tej metody. Obecnie jednym z najważniejszych zastosowań tego procesu jest odsalanie wody słonawej w celu uzyskania wody zdatnej do picia wykorzystywanej w przemyśle spożywczym. W momencie wprowadzenia membran jonoselektywnych pojawiło się nowe zastosowanie elektrolizy mononopolarnej. Wówczas metodę tą zaczęto wykorzystywać do produkcji soli spożywczej z wody morskiej jak również do oczyszczania wody z jonów jednowartościowych głównie azotanów. W roku 1977 opracowano membranę bipolarną, co umożliwiło wykorzystanie procesu elektrodializy do otrzymywania nowych produktów takich jak kwasy i zasady. W latach 80-tych powstała pierwsza przemysłowa instalacja w której zastosowano elektrodializę bipolarną do odzyskiwania kwasów z roztworu po trawieniu stali kwasoodpornej.


Membrany jonowymienne

Membrany jonowymienne znane są od lat 50. XX wieku. Otrzymywane są głównie z polielektrolitów zawierających silne grupy kwasowe (grupy sulfonowe) i/lub silne grupy zasadowe (czwartorzędowe grupy amoniowe). Membrany jonowymienne w zależności od składu, budowy i techniki formowania dzieli się na membrany heterogeniczne, homogeniczne, szczepione, interpolimerowe, membrany z pasty, bipolarne i mozaikowe. „Membrany homogeniczne” otrzymuje się z jednego rodzaju polielektrolitu, natomiast „membrany heterogeniczne” formuje się z rozdrobnionych jonitów i polimerów obojętnych. Membrany jonowymienne, w przeciwieństwie do jonitów, działają nie na zasadzie wymiany jonowej, lecz elektrostatycznego wykluczania jonów małych jednoimiennych z ładunkiem grup sieci polimerowej. Prowadzi to do wykluczania elektrolitów na zasadzie równowagi Donnana w której aktywność elektrolitu w membranie i w roztworze zewnętrznym jest identyczna. W zależności od rodzaju zastosowanej membrany wyróżniamy dwa rodzaje elektrodializy: monopolarną i bipolarną.


Elektrodializa monopolarna

W elektrodializie monopolarnej (rys.1) jony przemieszczają się przez ułożone na przemian membrany anionowymienne i kationowymienne znajdujące się w stałym polu elektrycznym. W wyniku tak ukierunkowanego przepływu jonów oraz transportu przeciwjonów i zatrzymywania współjonów przez membrany jonowymienne, w procesie tym powstają dwa strumienie- diluat (strumień odsolony) i koncentrat (strumień zatężony). Membrany jonoselektywne znalazły zastosowanie w skali przemysłowej głownie w procesach elektrodialitycznych, jako separatory elektrolityczne w procesach elektrolizy (np. w procesie elektrolitycznego otrzymywania NaOH i Cl2 z solanki) Charakter membran monopolarnych stosowanych w procesie elektrodializy pozwala na transport anionów lub kationów a więc jonów jednego znaku co znacznie ogranicza zastosowanie tej metody.



(źródło: Ceynowa J. „Membrany selektywne i procesy membranowe” Wydział Chemii, Uniwersytet M. Kopernika, Toruń)


Elektrodializa bipolarna

Znaczne szersze zastosowanie znalazła elektrodializa bipolarna (rys.2). Przykładem praktycznego wykorzystania membran jonowymiennych bipolarnych jest elektrodialityczne otrzymywanie kwasów i zasad. W budowie membrany bipolarnej wyróżniamy dwie przeciwnie naładowane warstwy: anionowymienną i kationowymienną. W procesie produkcji kwasów i zasad membrana bipolarna stanowi podstawowy element elektrodializera, jednakże dodatkowo współpracuje przynajmniej z jednym rodzajem membrany monopolarnej. Najczęstszym rozwiązaniem stosowanym w praktyce przemysłowej jest wykorzystanie układu trójkomorowego z jedną membraną bipolarną oraz membraną anionowymienną i kationowymienną. W wyniku dysocjacji wody w membranie bipolarnej, powstałe jony wodorowe i wodorotlenowe transportowane są do komór sąsiadujących z tą membraną. Jednocześnie przez membrany monopolarne transportowane są do tych komór jony soli. W ten sposób powstają nowe produkty: kwas i zasada.



(źródło: Ceynowa J. „Membrany selektywne i procesy membranowe” Wydział Chemii, Uniwersytet M. Kopernika, Toruń)

W ostatnim czasie wzrasta zainteresowanie elektrodializą z membraną bipolarną ze względu na możliwość wielu produkcji związków, w tym kwasów organicznych, które odrywają bardzo ważną rolę w przemyśle spożywczym. Dodatkowo zastosowanie elektrodializy bipolarnej znacznie zwiększyło odzysk chemikaliów. Ścieki przemysłowe często zawierają cenne substancje, które ze względów ekonomicznych i ekologicznych powinny być odzyskiwane i ponownie wykorzystywane w procesie produkcyjnym, dlatego też elektrodializa odgrywa ważną rolę w inżynierii czystych technologii. Metoda ta umożliwia skuteczne odzyskiwanie kwasów lub separację metali ze ścieków przemysłowych a tym samym znacząco obniża zużycie chemikaliów w procesie produkcyjnym i neutralizacji ścieków. Ponadto elektrodializa znajduje zastosowanie również w przemyśle chemicznym, galwanotechnicznym czy metalurgicznym - jest procesem wysoce skutecznym w zakresie odzyskiwania kwasów ze ścieków potrawiennych jak i odzyskiwania metali z popłuczyn po galwanizacji. Odzyskiwanie surowców pozwala na minimalizowanie niekorzystnego oddziaływania na środowisko naturalne powstałych w procesie produkcyjnym toksycznych odpadów.


Beata Rola


Literatura.
1) Vu Hong Thang, Werner Koschuh, Klaus D. Kulbe, Stefan Kromus, Christian Krotscheck, Senad Novelin, “Desalination of high salt content mixture by two-stage electrodialysis as the first step of separating valuable substances from grass silage” Desalination 162 (2004) 343–353
2) Jacek A. Wiśniewski, Agnieszka Różańska “ Ekonomiczne aspekty odzyskiwania kwasów i soli metali ze ścieków przemysłowych” Ochrona środowiska 2 (2007), 43-47
3) Józef Ceynowa „Membrany selektywne i procesy membranowe” Wydział Chemii, Uniwersytet M. Kopernika, Toruń
4) Jacek Wiśniewski, Grażyna Wiśniewska „Zastosowanie membran bipolarnych do odzysku substancji ze ścieków przemysłowych” Ochrona środowiska 3 (1998), 39-42



Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

103 anonymous users oraz 0 registered users online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u