Dialisi Diffusione
La dialisi a diffusione (DD) è un processo di separazione della membrana a scambio ionico (IEM) guidato dal gradiente di concentrazione. Poiché la forza trainante del processo di separazione è principalmente il gradiente di concentrazione, la dialisi per diffusione è nota come processo di separazione spontanea.
DD è un processo di separazione della membrana. È stato utilizzato con successo per molti anni per la separazione e il recupero di acidi da soluzioni metalliche disciolte. La diffusione è il movimento spontaneo di un materiale da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione. Spinto dalla differenza di concentrazione, il movimento del materiale continuerà da solo fino a quando la differenza di concentrazione non esiste più. La dialisi è la separazione delle molecole dovuta alle differenze nella velocità di movimento delle molecole attraverso una barriera semipermeabile.
DD è un processo di separazione della membrana. È stato utilizzato con successo per molti anni per la separazione e il recupero di acidi da soluzioni metalliche disciolte. La diffusione è il movimento spontaneo di un materiale da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione. Spinto dalla differenza di concentrazione, il movimento del materiale continuerà da solo fino a quando la differenza di concentrazione non esiste più. La dialisi è la separazione delle molecole dovuta alle differenze nella velocità di movimento delle molecole attraverso una barriera semipermeabile.
Rispetto ad alcuni processi convenzionali, DD mostra vantaggi significativi,
Ad oggi, DD è stato richiesto con successo per
| a. | Maggiore efficienza nella purificazione delle acque reflue; miglioramento della produttività e della qualità dei prodotti. |
| b. | Basso consumo energetico (il DD funziona a pressione normale e non cambia stato durante il processo, quindi non è necessaria alimentazione per eseguire DD). |
| c. | Bassi costi di installazione e di esercizio; stabile, affidabile e facile da usare. |
| d. | Nessun inquinamento dell'ambiente. |
| 1. | recupero di acidi e alcali dagli scarichi della produzione dell'acciaio |
| 2. | rifinitura dei metalli |
| 3. | galvanica |
| 4. | rigenerazione della resina a scambio cationico |
| 5. | fusione di metalli non ferrosi, incisione dell'alluminio |
| 6. | fusione del minerale di tungsteno |
Tuttavia, DD ha anche i suoi limiti, come capacità di elaborazione ed efficienza relativamente basse, quindi è considerato meno efficiente di altri processi di separazione della membrana, come l'elettrodialisi (ED).
Tuttavia, il basso impatto ambientale e il consumo di energia possono rendere la DD più competitiva poiché l'inquinamento ambientale e la carenza di energia sono i principali fattori decisionali del progetto. Inoltre, con il miglioramento delle membrane a scambio ionico e dei dializzatori a diffusione, la capacità di elaborazione e l'efficienza di separazione del DD possono essere notevolmente migliorate.
Le membrane per DD possono essere membrane a scambio anionico (AEM) o membrane a scambio cationico (CEM). Il primo è per la separazione degli acidi con i sali corrispondenti e il secondo è per la separazione simile delle miscele di basi.
A causa delle maggiori richieste di recupero dell'acido, è stata posta maggiore attenzione sugli AEM rispetto ai CEM e, di conseguenza, un numero crescente di AEM è stato sviluppato per applicazioni DD.
L'acido solforico (H2 SO4 ), l'acido cloridrico (HCl) o una combinazione di acido fluoridrico e nitrico (HF + HNO3) viene spesso utilizzato come decapante nelle industrie per una varietà di processi di incisione e spellatura dei metalli, come la produzione di acciaio, la raffinazione dei metalli , fusione di metalli non ferrosi. Durante le fasi di decapaggio vengono prodotte grandi quantità di liquore esausto.
Finora sono stati applicati diversi metodi per trattare le scariche acide, inclusi raffreddamento e cristallizzazione, decomposizione termica, evaporazione e cristallizzazione, scambio ionico, estrazione con solvente, distillazione e metodi di separazione con membrana elettrica, nonché smaltimento diretto e neutralizzazione con alcali. Tuttavia, alcune carenze intrinseche continuano a ostacolare i loro ulteriori sviluppi e applicazioni come gli elevati investimenti per le apparecchiature, il grande consumo di energia e alcali e l'inquinamento ambientale.
Nel recupero degli acidi con DD, una membrana a scambio anionico funge da barriera semipermeabile posta tra un flusso d'acqua corrente e un flusso acido con soluzione metallica disciolta. La membrana a scambio anionico ha una carica positiva fissa situata sulla sua superficie. Queste posizioni di carica positiva attraggono gli anioni caricati negativamente in soluzione che entrano in stretto contatto con la superficie della membrana di scambio anionico.
Ad esempio, nel caso dei bagni di anodizzazione dell'acido solforico, l'anione predominante è lo ione solfato, SO4. Poiché questi ioni solfato nella soluzione di anodizzazione di acido solforico sono attratti dalla membrana, sono anche guidati dalla differenza di concentrazione a diffondersi attraverso la membrana verso il lato acqua.
Allo stesso tempo, la legge termodinamica dell'elettroneutralità (in soluzione la carica totale deve bilanciare a zero) richiede che il trasferimento di ogni ione solfato, che porta due cariche negative, sia accompagnato dal trasferimento di due cariche positive.
Gli ioni caricati positivamente, come Al +3 o altri ioni metallici, sono fortemente inibiti dall'attraversare la membrana caricata positivamente a causa della repulsione tra cariche simili. Anche lo ione idrogeno, presente nella soluzione acida come ioni H3O+1, o acqua protonata, è caricato positivamente, ma è in grado di attraversare la membrana con pochissimo intralcio. Ciò è dovuto, in parte, all'elevata concentrazione di ione idrogeno nella soluzione acida e anche, in parte, alla natura altamente associata dell'acqua, che consente allo ione idrogeno di delocalizzare efficacemente la sua carica.
L'effetto netto è che la velocità di diffusione di un acido attraverso la membrana è un ordine di grandezza maggiore di quella del metallo disciolto. Infine, facendo in modo che il flusso della soluzione acida sia in direzione opposta al flusso dell'acqua (flusso in controcorrente), si può ottenere un vantaggio ottimale dei necessari gradienti di concentrazione. I risultati sono che l'acqua che entra nel sistema di dialisi a diffusione esce come una soluzione acida recuperata impoverita di metallo e che la soluzione acida che entra nel sistema di dialisi a diffusione esce come una soluzione contenente metallo disciolto impoverita di acido.
Dopo aver ottenuto i risultati desiderati, è necessaria poca o nessuna manutenzione sull'unità. Le pompe dosatrici sono in genere azionate automaticamente 24 ore al giorno, sette giorni alla settimana.
Tuttavia, il basso impatto ambientale e il consumo di energia possono rendere la DD più competitiva poiché l'inquinamento ambientale e la carenza di energia sono i principali fattori decisionali del progetto. Inoltre, con il miglioramento delle membrane a scambio ionico e dei dializzatori a diffusione, la capacità di elaborazione e l'efficienza di separazione del DD possono essere notevolmente migliorate.
Le membrane per DD possono essere membrane a scambio anionico (AEM) o membrane a scambio cationico (CEM). Il primo è per la separazione degli acidi con i sali corrispondenti e il secondo è per la separazione simile delle miscele di basi.
A causa delle maggiori richieste di recupero dell'acido, è stata posta maggiore attenzione sugli AEM rispetto ai CEM e, di conseguenza, un numero crescente di AEM è stato sviluppato per applicazioni DD.
L'acido solforico (H2 SO4 ), l'acido cloridrico (HCl) o una combinazione di acido fluoridrico e nitrico (HF + HNO3) viene spesso utilizzato come decapante nelle industrie per una varietà di processi di incisione e spellatura dei metalli, come la produzione di acciaio, la raffinazione dei metalli , fusione di metalli non ferrosi. Durante le fasi di decapaggio vengono prodotte grandi quantità di liquore esausto.
Finora sono stati applicati diversi metodi per trattare le scariche acide, inclusi raffreddamento e cristallizzazione, decomposizione termica, evaporazione e cristallizzazione, scambio ionico, estrazione con solvente, distillazione e metodi di separazione con membrana elettrica, nonché smaltimento diretto e neutralizzazione con alcali. Tuttavia, alcune carenze intrinseche continuano a ostacolare i loro ulteriori sviluppi e applicazioni come gli elevati investimenti per le apparecchiature, il grande consumo di energia e alcali e l'inquinamento ambientale.
Nel recupero degli acidi con DD, una membrana a scambio anionico funge da barriera semipermeabile posta tra un flusso d'acqua corrente e un flusso acido con soluzione metallica disciolta. La membrana a scambio anionico ha una carica positiva fissa situata sulla sua superficie. Queste posizioni di carica positiva attraggono gli anioni caricati negativamente in soluzione che entrano in stretto contatto con la superficie della membrana di scambio anionico.
Ad esempio, nel caso dei bagni di anodizzazione dell'acido solforico, l'anione predominante è lo ione solfato, SO4. Poiché questi ioni solfato nella soluzione di anodizzazione di acido solforico sono attratti dalla membrana, sono anche guidati dalla differenza di concentrazione a diffondersi attraverso la membrana verso il lato acqua.
Allo stesso tempo, la legge termodinamica dell'elettroneutralità (in soluzione la carica totale deve bilanciare a zero) richiede che il trasferimento di ogni ione solfato, che porta due cariche negative, sia accompagnato dal trasferimento di due cariche positive.
Gli ioni caricati positivamente, come Al +3 o altri ioni metallici, sono fortemente inibiti dall'attraversare la membrana caricata positivamente a causa della repulsione tra cariche simili. Anche lo ione idrogeno, presente nella soluzione acida come ioni H3O+1, o acqua protonata, è caricato positivamente, ma è in grado di attraversare la membrana con pochissimo intralcio. Ciò è dovuto, in parte, all'elevata concentrazione di ione idrogeno nella soluzione acida e anche, in parte, alla natura altamente associata dell'acqua, che consente allo ione idrogeno di delocalizzare efficacemente la sua carica.
L'effetto netto è che la velocità di diffusione di un acido attraverso la membrana è un ordine di grandezza maggiore di quella del metallo disciolto. Infine, facendo in modo che il flusso della soluzione acida sia in direzione opposta al flusso dell'acqua (flusso in controcorrente), si può ottenere un vantaggio ottimale dei necessari gradienti di concentrazione. I risultati sono che l'acqua che entra nel sistema di dialisi a diffusione esce come una soluzione acida recuperata impoverita di metallo e che la soluzione acida che entra nel sistema di dialisi a diffusione esce come una soluzione contenente metallo disciolto impoverita di acido.
Dopo aver ottenuto i risultati desiderati, è necessaria poca o nessuna manutenzione sull'unità. Le pompe dosatrici sono in genere azionate automaticamente 24 ore al giorno, sette giorni alla settimana.