Az ionok szerepe a membrános műveleteknél

Abstract

Bevezetés, alapfogalmakAz ionok és a membránok közös története 1953-ig nyúlik vissza, amikor W. Juda és W.A. MacRea, az Ionics Incorporation munkatársa szabadalmat1 nyújtottak be "Ion exchange materials and method of making and using the same" cimmel (US 2, 636, 8519), amelyben szulfonsav csoportokat tartalmazó, ionos karakterû polimer membrán készítési módját írták le.A membránok anyagába juttatott vagy felületére rögzített ionok és ellenionjaik -az ioncserélõ gyantákhoz hasonlóan -ioncserére (is) képesek, ezért ezeket ioncserélõ membránoknak hívták. Itt is megkülönböztethetünk anion és kation cserélõ membránokat.Az ionos (ioncserélõ) membránok 2 szerkezetileg lehetnek heterogének és homogének, ezek elõállítása alapvetõen különbözik3. A heterogén membránokat ioncserélõ gyanta és filmképzõ polimer összekeverésével készítik, a keverékbõl filmet öntve. Homogén membránok esetén a már kész polimer filmhez illesztik az ionos csoportot kémiai kötéssel 4 . Ha a membránt pozitív töltésû csoportok (pl, kvaterner ammónium sók) felvitelével alakítják ki (1. ábra), anion cserélõ membránok nyerhetõk. Kation cserélõ membránok esetén pedig negatív töltésû csoportokat kell alkalmazni, pl. szulfonsav vagy kaboxil csoportokat. Ábra. Anion-és kationcserélõ membránok felépítése Szeparációs mûveletek ionos membránokkalAz ionos membránok felhasználásával többféle szeparációs mûvelet valósítható meg 5 . Az egyik legegyszerûbb és legrégebbi ilyen mûvelet a membrános elektrolízis, ahol az eredetileg diafragmával mûködtetett elektrolízisnél anion illetve kation cserélõ membránt alkalmaztak, s így hatékonyabb lett a szeparáció. Ionos membránok beépítésével sókból így savak és lúgok állíthatók elõ két cellás elrendezésben, elektromos erõtér (két elektród) alkalmazásával. A mûvelet továbbfejlesztett és széles körûen alkalmazott változata az elektrodialízis 6 , ahol kation és anion cserélõ membránok egymást követõ beillesztésével alakítanak ki cellákat. Az elektromos erõtér hatására a katód illetve az anód felé áramló ionok a membránok segítségével szeparálhatók.Az elektrodialízis (és a membrános elektrolízis) során ezen ionos membránok funkciója valójában nem ioncsere, hanem az ionok szelektív áteresztése (vagy visszatartása), kialakításuktól függõen. Ha ezt elnevezésükben is jelezni akarjuk, talán jogosan hívhatjuk õket ionszelektív membránoknak.Az elektrodialízis különféle alkalmazásai során 7 többféle nehézséggel kellett szembenézni. Ide tartoznak 8 pl. az ozmotikus áram fellépése, koncentráció polarizáció kialakulása, áramsûrûségi limit megjelenése, szivárgás, eltömõdés…stb. Egyes problémák megoldásában segítséget nyújthatnak az ún. bipoláris membránok 5 , amelyek tulajdonképpen egy anion és egy kation szelektív membrán összeragasztásával kialakított kompozit membránok. Funkciójuk a vízbontás, illetve savak, vagy lúgok kinyerése céljából H + vagy OH -ionok biztosítása.Az ionszelektív membránok nemcsak elektromos erõtérben használhatók 2 . Az ún Donnan dialízis esetén (vagy diffúziós dialízis) lehetséges egyes ionos elválasztása úgy is, ...

Purification of Dairy Wastewaters by Advanced Oxidation Processes and Membrane Filtration

“…Membrane treatment of dairy wastewaters with the aim of water reuse could simultaneously lower the total water consumption and the effluent production of the dairy plant, as the purified water produced by membrane treatment could be reused in the dairy factory as heating or cooling water, as boiler make-up water or for cleaning purposes. Beside the advantages like high separation efficiency without any chemical changes and low energyintensity, membrane filtration also has drawbacks [9]. The main disadvantage is the decreased operational efficiency caused by flux decile resulting from fouling and concentration polarization.…”