Elektromembránové procesy

Seznam firem zabývajících se touto problematikou

Membránové procesy, u kterých je hnací silou transportu gradient elektrického potenciálu, se nazývají elektromembránové procesy. V těchto procesech jsou aplikovány tzv. iontově výměnné nebo bipolární membrány, které jsou základním elementem celého procesu.

Iontovýměnné membrány rozdělujeme podle typu fixovaných iontovýměnných skupin na:

• Katexové (CM) - obsahují v polymerní matrici vázané záporně nabité, kyselé iontovýměnné skupiny (-SO3-, COO-), a tak umožňují volný průchod jen kladně nabitých částic, protože průchod záporně nabitých částic je značně omezen.
• Anexové (AM) - obsahující zásadité, kationtové fixované skupiny (-NR3+, kde R je vodík nebo alkylová skupina), a tak umožňují volný průchod jen záporně nabitých částic, protože průchod kladně nabitých částic je značně omezen (opačně než u katexové membrány).

Výhody elektromembránových procesů:

• vysoká účinnost separace látek bez fázových přeměn,
• snadná kontinualizace a automatizace, prostorová nenáročnost,
• nižší spotřeba energie oproti klasickým postupům,
• možnost realizace uzavřených bezodpadových technologických uzlů i celých technologií.

Nevýhody membránových procesů:

• odstranění tzv. membránových jedů předúpravou roztoků,
• fouling (vytváření povlaků špatně rozpustných látek na povrchu membrány).

Přehled nejdůležitějších a nejpoužívanějších elektromembránových procesů je uveden v tabulce.

1. Elektrodialýza

Princip: Separace látek je dosahována vlivem elektrického pole a na základě rozdílné propustnosti iontovýměnných membrán pro jednotlivé složky v roztoku. Základní uspořádání elektrodialyzačního svazku je uvedeno na (Obr č. 1.).
 

Katoda(-) Elektrodový roztok Katexová membrána (CM) Diluát Anexová membrána (AM) Koncentrát Katexová membrána (CM) Elektrodový roztok             Anoda(+)

Obrázek 1. Uspořádání elektrodialyzačního svazku.

Typické použití elektrodialýzy:

• Odsolování podzemní, brakické nebo mořské vody pro potřeby výroby pitné vody,
• Výroba solného koncentrátu z mořské, odpadní nebo průmyslové vody/roztoků,
• Čištění odpadních a průmyslových vod (recyklace a regenerace),
• Separace organických a anorganických látek (elektrolyt/neelektrolyt),
• Demineralizace mléčné syrovátky.

2. Elektroforéza

Princip: Při elektroforéze je aplikací ionto výměnné membrány v elektrickém poli nanášena: kladná (kataforéza) nebo záporná (anaforéza) část disociované barvy na kovové materiály. Základní princip je znázorněn na obrázku č. 2.

Kataforéza je v současné době nejrozšířenější, moderní a vysoce efektivní průmyslový způsob kompletní povrchové úpravy kovových částí za využití elektrického potenciálu, kataforéza se používá tam, kde je požadována vysoká antikorozivní ochrana kovových povrchů.

Obrázek č. 2. Princip elektroforézy.

Konkrétní aplikace:

K aplikacím je používána iontovýměnná membrána umístěné v tzv. elektroforetickém boxu. Tyto boxy mohou být planární či tubulární. V současné době je jednoznačně dávána přednost tubulárním boxům pro jejich jednodušší manipulaci, údržbu a minimalizaci výrobních ztrát.

Tubulární box                              Planární box                           Tubulární box v lázni                             Výrobní stroj

Obrázek č. 3.

Typické použití elektroforézy:

Automobilový průmysl, spotřební průmysl, elektronický průmysl.

3. Elektrodeionizace

Princip: Základní schéma je znázorněno na obrázku č. 4.

EDI kombinuje elektrodialýzu (ED) s ionexy v jednom aparátu. Procesní modul je stejně jako v ED tvořen řadou pravidelně se střídajících anexových (AM) a katexových (CM) membrán prokládaných rámovými rozdělovači a umístěných mezi párem stahovacích desek osazených na vnitřní straně elektrodami. Rozdělovače vymezují prostor pro průtok kapaliny mezi membránami, zajišťují distribuci kapaliny mezi jednotlivé průtočné komory a těsnost aparátu. Komory ohraničené na straně anody anexovou membránou a na straně katody katexovou membránou se nazývají diluátové komory. V EDI jsou diluátové komory vyplněny směsným ložem ionexů, tj. směsí katexu a anexu v určitém poměru. Kapalina protékající během provozu diluátovými komorami je označována jako diluát. Komory ohraničené na straně anody katexovou membránou a na straně katody anexovou membránou se nazývají koncentrátové komory.

Obrázek č. 4

Hydraulické schéma modulu EDI. AM – anexová membrána, CM – katexová membrána, diluátové komory jsou ohraničeny AM na straně anody a CM na straně katody a jsou vyplněny směsí katexu a anexu (mixed-bed), koncentrátové komory jsou ohraničeny CM na straně anody a AM na straně katody a jsou vyplněny síťkou z plastu, elektrodové komory jsou komory přilehlé k elektrodám a jsou stejně jako koncentrátové komory vyplněny síťkou z plastu.

Typické použití elektrodeionizace:

Příprava ultračisté vody nad 5mΩ hlavně pro energetiku, farmaceutický průmysl a průmysl polovodičů.

4. Membránová elektrolýza

Princip: Základní princip je znázorněn na obrázku č. 5.

Obrázek č. 5

Schéma elektrolytické cely kalolisového typu
A – anoda, T – turbulizátor pro zvýšení turbulence toku,
AR – rám anodového prostoru,
M – membrána, KR – rám katodového prostoru,
K – katoda.

Typickým a nejrozšířenějším příkladem v průmyslové aplikaci je výroba chloru a hydroxidu sodného elektrolytickým rozkladem roztoku chloridu sodného.

Poster elektromembránové procesy