Wykład 9. Membrany jonowymienne i prądowe techniki membranowe (część 1) Opracowała dr Elżbieta Megiel

Transkrypt

1 Wykład 9 Membrany jonowymienne i prądowe techniki membranowe (część 1) Opracowała dr Elżbieta Megiel

2 Membrany jonowymienne Membrany jonowymienne heterogeniczne i homogeniczne.

3 S. Koter, Zastosowanie membran jonowymiennych w układach elektrochemicznych, XII Ogólnopolska Szkoła Membranowa "Podstawy - Aplikacje - Przyszłosc, , Jadówki k/iławy

4 Zastosowanie membran jonowymiennych w technikach prądowych Procesy separacji: Elektrodializa Elektrodializa z membraną bipolarną Elektroliza Źródła prądu: Membranowe ogniwa paliwowe Akumulatory membranowe

5 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

6 Metody wytwarzania membran jonowymiennych Membrany homogeniczne Polikondensacja monomerów z grupami jonowymi, następnie sieciowanie OH OH CH 2 SO 3 H SO 3 H Kopolimeryzacja styrenu i diwinylobenzenu, po której wprowadza się grupy jonowe

7 Wytwarzanie membran z kopolimerów perfluorowych Stabilne w środowisku agresywnym, kosztowne. Otrzymywane w wyniku kopolimeryzacji tetrafluoroetylenu TFE i eteru perflurowinylowego PVEX, zawierającego prekursor grupy jonowej (SO 2 F, SR, SO 2 R, COOR, COF, CN) ( CF CF ) ( 2 2 x CF CF) 2 y m=0 lub 1, n=1 12 ( CF CF 3 )m O ( CF ) 2 n O CF 2 X

8 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.

9 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

10 Parametry charakteryzujące membrany jonowymienne IEC pojemność jonowa (mmol grup jonowych na 1g suchej membrany) N w zawartość H 2 O w membranie (g H 2 O/ 1g suchej membrany) r m opór powierzchniowy membrany mierzony w 0.5M NaCl w 25 0 C l m grubość membrany [mm]

11 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 : CE n pr / n teoret n teoret F I t L z i i

12

13 Praca zbiorowa pod redakcją A. Narębskiej, Membrany i membranowe techniki rodziału Tempus Projekt Toruń 1997

14 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!)

15

16 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.

17 F. Valero, A.Barceló, R. Arbós, Electrodialysis Technology. Theory and Applications

18 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