ELEKTRODIALIZA. Karina Rolińska Aleksandra Sierakowska Beata Ulmaniec r.

Transkrypt

1 ELEKTRODIALIZA 1 Karina Rolińska Aleksandra Sierakowska Beata Ulmaniec r.

2 HISTORIA ELEKTRODIALIZY W 1952 roku powstał pierwszy zakład odsalania wody z wykorzystaniem tej metody - elektroliza mononopolarna. W roku 1977 opracowano membranę bipolarną, co umożliwiło wykorzystanie procesu elektrodializy do otrzymywania nowych produktów takich jak kwasy i zasady. 2

3 MEMBRANY JONOWYMIENNE Elektrodializa to proces podczas którego jony transportowane są przez półprzepuszczalne membrany jonowymienne zaś siłą napędową jest różnica potencjału elektrycznego. Wyróżniamy membrany jonowymienne : - homogeniczne - heterogeniczne 3

4 METODY WYTWARZANIA MEMBRAN JONOWYMIENNYCH Membrany heterogeniczne Membrany homogeniczne Wprasowywanie cząstek jonitu w folię obojętnego polimeru Dyspergowanie cząstek w roztworze zawierającym spoiwo błonotwórcze, następnie odparowywanie rozpuszczalnika Polikondensacja monomerów z grupami jonowymi, następnie sieciowanie Kopolimeryzacja styrenu i diwinylobenzenu, po której wprowadza się grupy jonowe 4

5 RÓWNOWAGA DONNANA Warunek elektroobojętności roztworów wyraża sie równaniami: 5

6 Stężenia elektrolitu zdolnego do przenikania przez membranę są różne w obu roztworach. Roztwór zawierający jon nieprzenikajacy przez membranę ma mniejsze stężenie elektrolitu zdolnego do penetracji przez membranę. 6

7 CHARAKTERYSTYCZNE WŁAŚCIWOŚCI MEMBRAN Pęcznienie wynikające z: JONOWYMIENNYCH Solwatacji grup jonowych i ruchliwych jonów Ciśnienia osmotycznego Odpychania się elektrostatycznego grup jonowych Oddziaływania rozpuszczalnika z siecią polimerową Parametry charakteryzujące membrany jonowymienne: ᴑ IEC pojemność jonowa (mmol grup jonowych na 1g suchej membrany) ᴑ N w zawartość H2O w membranie (g H2O/ 1g suchej membrany) ᴑ r m opór powierzchniowy membrany mierzony w 0.5M NaCl w 25 0 C ᴑ l m grubość membrany [mm]

8 ELEKTRODIALIZA (ED): Proces membranowy, podczas którego jony transportowane są przez półprzepuszczalne membrany jonowymienne, Siłą napędową jest różnica potencjału elektrycznego, Jony wędrują od roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o większym stężeniu, 8

9 ELEKTRODIALIZA MONOPOLARNA: 9

10 ELEKTRODIALIZA Z MEMBRANĄ BIPOLARNĄ: 10

11 ELEKTRODIALIZA ODWRACALNA: Niskociśnieniowy, membranowy proces odsalania wody, Dwa strumienie: woda o niskim zasoleniu i koncentrat o wysokim zasoleniu Wykorzystuje okresowe odwrócenie polaryzacji, w celu zapobieganiu osadzania się kamienia i zanieczyszczeń oraz zwiększenia wydajności procesu, 11

12 ELEKTRODIALIZA ODWRACALNA: 12

13 ZASTOSOWANIE ED: Zwiększanie/zmniejszanie stężenia elektrolitu w roztworze; Oddzielenie elektrolitu od nieelektrolitu; Oddzielenie jonów jednowartościowych od wielowartościowych; Rozdzielanie jonów tego samego znaku, ale o różnych liczbach przenoszenia w membranie; Konwersja soli do kwasów i wodorotlenków; Otrzymywanie kwasu ortofosforowego (V); 13

14 ZASTOSOWANIE ED CD.: Otrzymywanie kwasu salicylowego; Otrzymywanie kwasu mlekowego i cytrynowego; Odkwaszanie soków cytrusowych; Demineralizacja mleka; Odsalanie wody; Odsiarczanie gazów odlotowych; 14

15 15

16 ZASTOSOWANIE EDR: Do demineralizacji wód powierzchniowych, podziemnych, kopalnianych; Do odsalania wód chłodniczych, ścieków przemysłowych i komunalnych; 16

17 ZALETY ELEKTRODIALIZY: paca ciągła bez konieczności przerw spowodowanych regeneracją żywicy jonowymiennej; prostsza budowa; ilość usuniętych jonów przekracza 99,9%; eliminacja konieczności stosowania drogich związków chemicznych; niższe koszty utrzymania i eksploatacji instalacji; wyższa sprawność i mniejsze zużycie energii; przyjazna dla środowiska; instalacja zajmuje mniej miejsca; 17

18 WADY ELEKTRODIALIZY: czuła na zanieczyszczenia blokujące centra aktywne membran; wymaga oczyszczania wstępnego wody (koagulacja, dekantacja, filtrowanie, odżelazianie); granicą jej stosowania jest twardość <1; wrażliwa na ditlenek węgla; 18

19 ŹRÓDŁA: Bartłomiej Igliński, Roman Buczkowski, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Toruń, Zastosowanie elektrodializy z membraną bipolarną w przemyśle i ochronie środowiska Robert Aranowski, Witold M. Lewandowski Technologie ochrony środowiska w przemyśle i energetyce, PWN, 2016 Membrany jonowymienne i prądowe techniki membranowe (część 1) pdf, Wydział Cehmii Uniwersytet Warszawski, dostepny online: yklad_9.pdf The elektrodialysis advantage, Leila Karimi, Abbas Ghassemi, 19

20 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ! 20