Elettrodialisi con membrana bipolare (EDBM)

Introduzione

L'aspetto fondamentale dell'elettrodialisi con membrane bipolari (EDBM) è la combinazione di elettrodialisi per la separazione/rimozione di sali disciolti con la simultanea conversione dei sale nei corrispondenti acidi e basi. Le membrane bipolari, infatti, permettono la scissione di molecole di acqua (H₂O) in protoni (H_­⁺) e ioni idrossidi (OH^-.)

Fig.1, Descrizione scatola nera del processo EDBM

Le membrane bipolari sono un tipo speciale di membrana a scambio ionica (IX) formate da due stratei polemerici a carico opposta. Uno dei due strati è permeabile solo per gli anioni e l'altro solo per i cationi. Queste membrane vengono inserite in un sistema ad electrodialisi (ED). A differenza dell ED convenzionale, l'EDBM non viene applicata solo per scopi di separazione, ma per produrre acidi e basi senza l’addizione di sostanze chimiche grazie alla presenza di membrane bipolari

Le principali carateristiche di questo tipo di membrane sono:

1. Eccellente stabilità a lungo termine
2. Un basso calo del potenziale
3. Un alto tasso di scissione dell'acqua
4. Alta permselettività
5. Una buona stabilità e resistenza meccanica

Nelle membrane bipolari, l'acqua si divide in ioni idrossido e protoni (come mostrato nella formual in basso). Lo ione idrossido prodotto e il protone sono separati e accumulati tramite migrazione indue canali distinti comunemente detti canale acido e canale basico o alcalino.

2H₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

A differenza della scissione dell'acqua agli elettrodi durante l'elettrolisi, in questa applicazione, non si formano gas come prodotto collaterale. Per questo motivo, l'elettrodialisi con membrane bipolari può essere un alternativa all'elettrolisi con la scissione dell'acqua agli elettrodi. Inoltre BPMED può anche avere una più ampia varietà di applicazioni nell’ingegneria di processo.

Fig.1, Schema elementare di funzionamento dell’elettrodialisi con membrana bipolare per la scissione di un sale nella rispettiva base e acido

La differenza di potenziale eletrico necessaria per la produzione elettrodialittica di una soluzione con concentrazione molare paria pari a 1 è di 0,83 V, equivalente ad un consumo energetico di 22 Wh. Mentre la produzione elettrolitica di un calo teorico del potenziale è equivalente ad un consumo energetico di 55 Wh. Ulteriori vantaggi dell’electrodialisi con membrane bipolari includono la configurazione relativamente semplice dell'apparato, la possibilitá di avere un sistema modulare facilmente modificabile e l’assenza di uso di sostanze chimiche.

2. Caratteristiche dell'EDBM
3. Capacitá di scindere molecole di acqua con un voltaggio relativamente basso.
4. A causa dell'assenza di reazione degli elettrodi, non avviene alcuna reazione di ossidazione-riduzione. Pertanto, non ci sarà sottoprodotto.
5. Produzione di acidi e alcali da sale inorganico in un unico processo.
6. Controlla il tasso di produzione di acidi e alcali.
7. Differentemente da altri processi elettrolitici, non sono necessari elettrodi per ogni singola cella. Una minore quantitá di gas é generata.
8. Produzioni di meno soluzione di scarto.
9. Questa tecnologia puó essere operata con continuitá per un tempo prolungato poiché non è richiesto alcun processo di rigenerazione (come ad esempio nel processo di resina a scambio ionico).

 

3. Esempi applicativi di EDBM
4. ・Produzione di acido organico da sali acidi organici
5. ・Produzione di amminoacidi da sali amminoacidi
6. ・Produzione di acido e alcali da acque reflue contenenti sali
7. ・Produzione di acido e alcali da sali inorganici

Fig. 2, Esempi di applicazione per EDBM.