O membrană schimbătoare de ioni este o membrană semi- permeabilă care transportă anumiți ioni dizolvați în timp ce blochează alți ioni sau molecule neutre.
Astfel, membranele schimbătoare de ioni sunt conductoare electric. Ele sunt folosite cel mai adesea în desalinizare și recuperare chimică, mutând ionii dintr-o soluție în alta.
Exemple importante de membrane schimbătoare de ioni sunt membranele schimbătoare de protoni , care transportă cationi H + , și membranele schimbătoare de anioni, utilizate în unele pile de combustibil alcaline pentru a transporta anionii OH [1] .
O membrană schimbătoare de ioni este realizată de obicei dintr-un polimer organic sau anorganic cu grupări laterale încărcate (ionice) . (de exemplu - rășini schimbătoare de ioni ). Membranele schimbătoare de anioni conțin grupări cationice fixe cu anioni predominant mobili. Deoarece anionii alcătuiesc majoritatea particulelor, cea mai mare parte a conducerii se datorează transportului de anioni. Reversul este valabil pentru membranele schimbătoare de cationi. Așa-numitele membrane schimbătoare de ioni eterogene sunt cu costuri reduse și mai groase, cu rezistență mai mare și au o suprafață rugoasă care poate fi contaminată. Membranele omogene sunt mai scumpe, dar mai subțiri, cu o rezistență mai mică și o suprafață netedă, mai puțin murdărire. Suprafețele uniforme ale membranei pot fi modificate pentru a crea membrane semi-permeabile, ioni monovalenți și divalenți.
Selectivitatea unei membrane schimbătoare de ioni se datorează echilibrului , mai degrabă decât blocării fizice sau excluderii electrostatice a anumitor specii încărcate. Selectivitatea la transferul ionilor cu sarcini opuse se numește permeabilitate selectivă [2] .
Membranele schimbătoare de ioni au fost utilizate în mod tradițional în electrodializă sau dializa prin difuzie prin intermediul unui potențial electric sau, respectiv, unui gradient de concentrație, pentru a transporta selectiv speciile cationice și anionice. Atunci când sunt utilizate în procesele de desalinizare prin electrodializă, membranele schimbătoare de anioni și schimbătoare de cationi sunt de obicei plasate alternativ între doi electrozi ( anod și catod ) într-o baterie de electrodializă. Potențialul galvanic este aplicat ca tensiune generată pe electrozi.
O instalație industrială tipică de electrodializă constă din două camere: o cameră de curgere desalină (camera de dilout) și o cameră de concentrat. În timpul funcționării instalației, sărurile sunt transferate din produs în concentrat. Ca urmare, fluxul de deșeuri este concentrat și fluxul de produs este desalinizat [3] .
Exemple de aplicații ale membranelor schimbătoare de ioni: desalinizare, tratare a apelor uzate industriale cu poluare ridicată, producție de alimente și băuturi și altele.