Электродиализ - процесс мембранного разделения, в котором ионы растворенного вещества переносятся через мембрану под действием электрического поля. Движущей силой процесса является градиент электрического потенциала.
В воде практически все соли диссоциируют (распадаются) на составные части – на положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. И сама вода также частично, в очень малой степени, диссоциирует на положительно заряженные ионы водорода Н+ и отрицательно заряженные ионы гидроксила ОН-.
Рассмотрим работу электродиализной установки на примере очистки воды от поваренной соли (хлористого натрия). Под действием электрического поля катионы Na+ и Н+ перемещаются по направлению к отрицательному электроду (катоду). Анионы хлора Cl- и гидроксила ОН- движутся по направлению к положительно заряженному электроду (аноду).
Катионы с легкостью проходят через катионообменную мембрану и не могут пройти через анионообменную мембрану. Анионы, напротив, могут пройти через анионообменную мембрану и не могут пройти через катионообменную. Конструкция многокамерного электродиализного аппарата выполнена таким образом, что чередующиеся катионообменные и анионообменные мембраны создают отдельные камеры.
В одни камеры поступает на очистку исходный раствор соли, а в других собирается концентрированный раствор солей, который затем удаляется в отходы. В многокамерном электродиализаторе чередуется большое число (до нескольких сотен) катионообменных и анионообменных мембран, расположенных между двумя электродами (Рис. 1).
Электрический ток переносит катионы из исходного раствора в поток концентрата через катионообменную мембрану, расположенную со стороны катода. Катионы задерживаются в этом потоке анионообменной мембраной со стороны катода. Направление движения анионов является противоположным. Они переносятся в поток концентрата через анионообменную мембрану. Со стороны анода анионы задерживаются в потоке концентрата катионообменной мембраной.
Таким образом, общий результат процесса заключается в увеличении концентрации ионов в чередующихся камерах при одновременном уменьшении их концентрации в других камерах.
Рис.1. Процесс электродиализа (мембранного электролиза): А - анионообменные мембраны, К - катионообменные мембраны
Ионообменные мембраны, применяемые для электродиализа, должны иметь высокую электропроводность и высокую проницаемость для ионов. Кроме того, они должны обладать высокой селективностью, умеренной степенью набухания и достаточной механической прочностью.
Как правило, электрическое сопротивление на единицу поверхности ионообменной мембраны находится в пределах от 2 Ом/см2 до 10 Ом/см2.
Электрическое поле не оказывает влияния на незаряженные молекулы воды и, например, молекулы сахара, карбамида или иных органических веществ. Поэтому при использовании проницаемых для ионов мембран можно разделять электролиты и неэлектролиты.
Например, лечить больные вина, когда в результате нарушения технологии их производства в виноматериалы попадает большое количество ионов железа. Вино тогда приобретает неприятный вяжущий вкус, несвойственный аромат и серый, неприглядный цвет. В общем, брак и убытки для виноделов. А с помощью электродиализного аппарата можно легко удалить из бракованного виноматериала любые примеси металлов, не затрагивая основных компонентов вина.
Или удалять из молока примеси нитратов, попавшие туда потому, что коровы паслись на хорошо удобренных лугах. Этот процесс крайне важен для сыроделов, так как избыток нитратов в их конечном продукте –сыре, недопустим и опасен для здоровья потребителей. Можно с легкостью удалять примеси металлов из суспензии антибиотиков на конечной стадии их производства, повышая тем самым их качество и снижая вредные побочные эффекты их применения. И даже чистить кровь у живого человека, когда его собственная почечная система не справляется.
