CZ307270B6 - Asymetrická ionexová membrána a způsob jejího použití - Google Patents
Asymetrická ionexová membrána a způsob jejího použití Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307270B6 CZ307270B6 CZ2013-504A CZ2013504A CZ307270B6 CZ 307270 B6 CZ307270 B6 CZ 307270B6 CZ 2013504 A CZ2013504 A CZ 2013504A CZ 307270 B6 CZ307270 B6 CZ 307270B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- layer
- exchange membrane
- ion exchange
- membrane
- asymmetric ion
- Prior art date
Links
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 51
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 28
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 51
- 238000009296 electrodeionization Methods 0.000 claims description 38
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 33
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 claims description 26
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 24
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 claims description 24
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 21
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 16
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 8
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-Divinylbenzene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 84
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 abstract description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 abstract 3
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 abstract 2
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 abstract 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 16
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 10
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 7
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 7
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 7
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 6
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 5
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 5
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 5
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 3
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005862 Whey Substances 0.000 description 1
- 102000007544 Whey Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010046377 Whey Proteins Proteins 0.000 description 1
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000029142 excretion Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 235000015203 fruit juice Nutrition 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- VAOCPAMSLUNLGC-UHFFFAOYSA-N metronidazole Chemical compound CC1=NC=C([N+]([O-])=O)N1CCO VAOCPAMSLUNLGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000010841 municipal wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/48—Apparatus therefor having one or more compartments filled with ion-exchange material, e.g. electrodeionisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
- B01D69/1212—Coextruded layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/26—Polyalkenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
- C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
- C02F1/4695—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis electrodeionisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/42—Ion-exchange membranes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Asymetrická ionexová membrána, tvořená alespoň dvěma vrstvami s tím, že alespoň jednou z uvedených vrstev je aktivní vrstva (1) katexové nebo anexové membrány, homogenního typu jako jsou membrány na bázi kopolymeru styrenu s divinylbenzenem, na bázi polyakrylátu nebo perfluorovaných polymerů nebo heterogenního typu jako jsou membrány na bázi termoplastických směsí mletých ionexů s matricí tvořenou kopolymerem styrenu s divinylbenzenem nebo polyakrylátu s polymerním pojivem, jako je polyethylen (PE), polypropylen (PP) nebo polyvinylidendifluorid (PVDF), případně armovaná alespoň jednou vrstvou výztužné textilie, přičemž k aktivní vrstvě (1) katexové nebo anexové membrány je pevně, zejména pak koextruzně či prostřednictvím adhezivní mezivrstvy připojena inertní vrstva (2) z polymeru ze skupiny zahrnující polyethylen nebo polypropylen, polyester, polystyren, polymethylmethakrylát, polyvinylchlorid (PVC), polyamid, polyvinylidendifluorid (PVDF), (ko)polymer na bázi přírodního nebo syntetického kaučuku nebo termoplastického elastomeru, polytetrafluorethylen (teflon), s tím, že materiál inertní vrstvy (2) částečně blokuje transport složek z roztoku do membrány a zároveň je porézní, při čemž póry při vyplnění kapalinou vytvářejí kontinuální zónu napříč touto vrstvou, což zajišťuje její iontovou vodivost.
Description
Asymetrická ionexová membrána a způsob jejího použití
Oblast techniky
Vynález se týká asymetrické ionexové membrány, tvořené alespoň dvěma vrstvami s tím, že alespoň jednou z uvedených vrstev je aktivní vrstva běžné katexové nebo anexové membrány. Dále se vynález týká způsobu použití této asymetrické ionexové membrány v elektromembránovém separačním procesu typu elektrodialýzy (ED) nebo elektrodeionizace (EDI).
Dosavadní stav techniky
Elektrodialýza (ED) je elektromembránový separační proces používaný k separaci elektrolytů z roztoků. Zařízení pro technickou realizaci procesu ED se nazývá elektrodialyzér. Elektrodialyzér je zařízení koncepčně připomínající rámový kalolis, které se skládá ze stahovacích desek osazených na vnitřní straně elektrodami, mezi nimiž je sestaven tzv. membránový svazek, tvořený od jedné elektrody ke druhé pravidelně se střídajícími katexovými membránami (CM) a anexovými membránami (AM), prokládanými rozdělovači. Uspořádání CM a AM v membránovém svazku umožňuje téměř selektivní transport kationtů, resp. aniontů příslušnými membránami, tj. separaci elektrolytů z jednoho hydraulického proudu a jejich převod do druhého hydraulického proudu. Rozdělovač (spacer) slouží k vymezení prostoru pro průtok kapaliny mezi membránami při současném zajištění její přiměřené turbulizace. Turbulizaci kapaliny zajišťuje síťovina nebo systém přepážek. Vlákna síťoviny, resp. přepážky nutí kapalinu měnit směr toku, čímž se dosahuje příčného promíchávání vrstev kapaliny, a tím intenzifikace procesu ED. To je důležité zvláště v oblasti odsolování zředěných roztoků. Průtočné komory ohraničené na straně anody AM a na straně katody CM jsou tzv. diluátové komory. Kapalina protékající diluátovými komorami je označována jako diluát. Průtočné komory ohraničené na straně anody CM a na straně katody AM jsou tzv. koncentrátové komory. Kapalina protékající koncentrátovými komorami je označována jako koncentrát. Diluátové a koncentrátové rozdělovače mají většinou stejnou konstrukci, vzhledem k systému vstupů a výstupů jsou však do aparátu vkládány vzájemně horizontálně nebo vertikálně překlopené. Od obou hlavních proudů jsou hydraulicky odděleny tzv. elektrodové komory, jimiž protéká elektrodový roztok. Důvodem je nutnost odvádět plyny vznikající na elektrodách při elektrodových reakcích (hlavně O2, H2) a také charakteristický posun pH anolytu a katolytu do kyselé, resp. bazické oblasti.
V membránovém svazku elektrodialyzéru se pravidelně opakuje strukturní prvek, tvořený od anody ke katodě postupně CM, koncentrátovým rozdělovačem, AM a diluátovým rozdělovačem a nazývaný membránový pár. Zvyšováním počtu membránových párů se dosahuje zvýšení procesní kapacity elektrodialyzéru. Maximální počet membránových párů elektrodialyzéru je omezen výrobními či technickými možnostmi jednotlivých komponent i celého ED modulu nebo parametry zdroje stejnosměrného napětí. Největší velkokapacitní průmyslové elektrodialyzéry v současnosti jsou sestaveny až z 1000 membránových párů.
Při vložení stejnosměrného napětí, které je hnací silou procesu ED, na svorky elektrod prochází elektrodialyzérem elektrický proud, přičemž jsou z diluátu odstraňovány elektrolyty a membránami převáděny do koncentrátu. Anoda je zpravidla typu ATA (aktivovaná titanová anoda), tj. je vyrobena z titanu aktivovaného vrstvou Pt, RuO2 apod., katoda je většinou vyrobena z nerezové oceli. V některých případech jsou obě elektrody typu Ti/Pt, což umožňuje reverzaci polarity elektrod. V tom případě mluvíme o procesu ED s reverzaci polarity elektrod (EDR). Při změně polarity elektrod se vzhledem k symetrii membránového svazku obrací funkce průtočných komor, tj. původně diluátové komory se mění na koncentrátové a obráceně. Reverzace polarity se v aplikaci provádí obvykle jednou za 15 až 60 minut a zvyšuje se jí
- 1 CZ 307270 B6 odolnost membrán vůči scalingu (tvorbě úsad anorganické povahy) a foulingu (kontaminaci povrchu membrán organickými látkami, mikroorganismy atd.).
Elektrodový roztok tvoří zpravidla oddělený hydraulický proud. Jako elektrodový roztok se používá vodný roztok elektrochemicky inertního elektrolytu (Na2SO4, NaNO3). Při proudové zátěži probíhá na anodě následující elektrodová reakce
H2O^2H+ + ^O2+2e- (1) a na katodě
2H2O + 2e -+2OH +H2 (2).
pH roztoku protékajícího anodovou komorou (anolyt) je tedy posunuto mírně do kyselé oblasti, zatímco pH roztoku protékajícího katodovou komorou (katolyt) je posunuto mírně do bazické oblasti. Elektrodový roztok je do anodové i katodové komory přiváděn ze společné nádrže a po průchodu elektrodialyzérem se oba elektrodové proudy do této nádrže opět vracejí, čímž jsou eliminovány změny pH. pH elektrodového roztoku je dávkováním kyseliny obvykle udržováno v kyselé oblasti, čímž se eliminuje riziko tzv. scalingu (vylučování nerozpustných anorganických látek) na katodě. Nádrž elektrodového roztoku je nutné odvětrávat, čímž se zabrání hromadění H2 vznikajícího na katodě a eliminuje se riziko exploze. Výjimku představují kontinuální jednoprůchodové technologie ED zpracovávající vody s velmi nízkou koncentrací elektrolytu (do cca 3 g/L), kde se elektrodový roztok odvětvuje přímo ze zpracovávané vody a po průchodu elektrodovými komorami je veden buď do odpadu, nebo se používá k ředění koncentrátu v koncentrátovém okruhu.
Největší aplikace ED a EDR existují v oblasti parciální demineralizace brakických, říčních, popř. i komunálních/průmyslových odpadních vod za účelem přípravy pitné nebo užitkové vody (např. pro zavlažování, chladící okruhy apod.). Dále existuje řada aplikací ED na demineralizaci mléčné syrovátky, ovocných šťáv, stabilizaci vína, čištění organických látek nebo regeneraci galvanických lázní (Zn, Ni).
Nevýhodou ED je vlivem koncetrační polarizace omezená rychlost separace elektrolytů z diluátu a z toho důvodu potřeba velké membránové plochy pro dosažení hluboké demineralizace. Další nevýhodou je neschopnost ED separovat z diluátu bez nutnosti úpravy pH neutrální složky, které jsou vlivem změny pH schopné disociovat na ionty, např. CO2, H4SiO4, H3BO3, NH3.
Za těchto podmínek však lze poměry podstatně zlepšit vyplněním diluátových komor směsným ložem ionexů (tzv. mixbed), tj. dokonalou směsí silně kyselého katexu a silně bazického anexu ve formě sférických zrn. Tento hybridní proces, který kombinuje ED s ionexy, se nazývá elektrodeionizace (EDI). Technickou realizací procesu je modul (EDI). Ionexová výplň diluátových komor má v EDI specifickou funkci, jejíž uplatnění je podmíněno nízkou konduktivitou vstupní vody. Zrna katexu a anexu rozšiřují prostřednictvím vzájemných kontaktů s dalšími zrny ionexu stejného typu nebo příslušnou membránou efektivní plochu membrány do prostoru diluátové komory, přičemž se dosáhne těsného přiblížení obou iontovýměnných povrchů, tj. katexového a anexového. Protéká-li diluátovými komorami roztok s nízkou konduktivitou, vytváří tak pevná fáze nízkoodporové prostředí pro preferenční průchod elektrického proudu a současně dochází ke zvýšení přenosu hmoty.
V souvislosti s vyčerpáváním elektrolytu z vody vznikají na orientovaných bipolárních rozhraních velké gradienty elektrického potenciálu, což vede ke štěpení vody na ionty H+ a OH'. Tyto ionty regenerují příslušné ionexy a ionexové membrány, takže diluátové komory mohou fungovat zároveň jako kontinuálně regenerované směsné lože ionexů. S tím souvisí schopnost
-2CZ 307270 B6 převádět málo disociované složky (např. CO2, H4SiO4, H3BO3, NH3 atd.) do iontové formy a odstraňovat je z vody.
Separace elektrolytů probíhá v procesu ED1 následujícím způsobem. Nejprve je iont difúzí a migrací převeden z kapalné fáze (diluátu) do pevné fáze (katex nebo anex podle typu iontu), následně iont migruje pevnou fází k příslušné ionexové membráně a nakonec je touto membránou převeden do přilehlé koncentrátové komory. V případě složek, které disociují teprve změnou pH, dochází při záchytu zároveň k disociaci, např. CO2 na HCO3‘, popř. CO3 2'.
Od svého uvedení na trh prošla technologie EDI dlouhým vývojem, přičemž byla vyvinuta řada variant tohoto procesu, zahrnujících použití mixbedu v tenkých (2 až 3 mm) i tlustých (8 až 12 mm) diluátových komorách, použití vrstveného či zcela odděleného lože katexu a anexu v tlustých (9 mm) diluátových komorách, použití inertních distančních sítěk nebo ionexové výplně (katex nebo mixbed) v koncentrátových a elektrodových komorách. Z hlediska designu se vyvinuly deskové a spirálově vinuté moduly EDI. Vývoj v oblasti EDI pokračuje i v současnosti, přičemž úsilí se zaměřuje především na konfiguraci lože ionexů v diluátových i koncentrátových komorách a ve vazbě na tloušťku diluátové komory s cílem zlepšit výkon a demineralizační schopnost modulu, zvýšit rejekci vybraných složek (H4SiO4, H3BO3), ovlivnit rozložení proudové hustoty v modulu, zvýšit toleranci na tvrdost vstupní vody, resp. omezit scaling CaCO3 apod.
EDI je dnes všeobecně akceptovaná technologie, která se používá v průmyslu jako alternativa iontové výměny na mixbedových kolonách k přípravě demineralizované nebo ultračisté vody. Zpracovávanou kapalinou je vzhledem k citlivosti a omezení procesu voda s kvalitou permeátu z reverzní osmózy (RO) nebo lepší (např. demineralizovaná voda).
Přes dlouhý vývoj má proces EDI i v současné době stále řadu nedostatků, které nejsou dostatečně řešeny. Hlavními problémy technologie EDI jako u všech membránových separačních procesů jsou scaling, zejména CaCO3, popř. Mg(OH)2 v koncentrátových komorách, popř. na katodě. Z důvodu prevence scalingu je omezena tvrdost ve vazbě na alkalinitu vstupní vody do EDI. Scaling znamená nutnost častých odstávek provozu technologie za účelem chemického čištění kyselinami.
Značným problémem, zvláště v EDI, je také zpětná difúze elektrolytů a neutrálních složek ionexovými membránami z koncentrátu do diluátu. Druhý uvedený problém značně omezuje kvalitu produktu EDI pro určité složení zpracovávané vody nebo určité provozní podmínky, zejména vysoký zisk vody. Příčiny posledně uvedeného jevu vyplývají z fyzikálně-chemických vlastností ionexových membrán a podstaty procesu EDI, resp. obecně elektromembránových separačních procesů, jako je ED nebo EDI. Z Donnanovy rovnováhy vyplývá, že v iontovýměnném materiálu (ionex, membrána) ve styku s velmi zředěným roztokem elektrolytu jsou jedinými pohyblivými ionty téměř výhradně tzv. protionty, tj. ionty s opačným nábojem než fixovaná funkční skupina. S rostoucí koncentrací elektrolytu v kapalině na rozhraní s iontovýměnným materiálem však koncentrace jak protiontů, tak koiontů (ionty se stejným nábojem jako fixovaná funkční skupina) v iontovýměnných materiálech rostou a selektivita iontovýměnného materiálu klesá. Stejná rovnováha říká, že koncentrace neutrálních složek v iontovýměnných materiálech je stejná (ztotožníme-li aktivity s koncentracemi) jako v roztoku na rozhraní s iontovýměnným materiálem.
V procesu EDI pro přípravu velmi čisté vody je na straně diluátu prakticky čistá voda, zatímco na straně koncentrátu zpravidla roztok s konduktivitou řádově 101 až 102 pS/cm. Stejně jako v ED dochází navíc na rozhraní ionexové membrány s diluátem a koncentrátem v důsledku existence difúzní vrstvy k posuvu koncentrace elektrolytu proti příslušné průtočné fázi, v případě koncentrátu vždy k jejímu nárůstu. V kombinaci s tvrzením v předchozím odstavci je tedy alespoň na koncentrátové straně membrány vždy nenulová koncentrace koiontů a napříč membránou tak nutně vzniká gradient koncentrace koiontů a neutrálních složek, který je
-3 CZ 307270 B6 hnací silou jejich zpětné difúze. Pod pojmem „zpětná difúze“ je však nutné rozumět transport složek mechanismem migrace a difúze z koncentrátu do diluátu.
Maximální rychlost separace elektrolytu z diluátu v ED je limitována tzv. koncentrační polarizací a závisí na povaze elektrolytu, selektivitě ionexové membrány a hydrodynamických podmínkách.
V případě EDI může být dána rovněž rychlostí iontové výměny mezi kapalnou a pevnou fází (difúzí řízený děj), rychlostí migrace pevnou fází (ionexy) atd. Výsledný transport složky z diluátové do koncentrátové komory je dán rozdílem (hustot) toků této složky oběma typy ionexových membrán. Lze ukázat, že při konstantní proudové hustotě a rostoucí koncentraci elektrolytu v koncentrátu se celková rychlost separace elektrolytu z diluátu vlivem zpětné difúze snižuje. V některých případech lze v tomto ohledu dosáhnout lepšího výsledku aplikací vyšší proudové hustoty, tj. za cenu zvýšení spotřeby elektrické energie; v řadě případů se však ani tehdy nedosáhne takové rychlosti separace elektrolytu jako při absenci zpětné difúze. Zpětná difúze tak může snadno limitovat dosažitelnou kvalitu demineralizovaného produktu, zvláště při zpracování velmi zředěných roztoků.
Vážným problémem v EDI jsou zejména nízkomolekulární látky, které jsou částečně disociované i v oblasti pH blízké neutrálnímu, zejména CO2 a NH3. Tyto látky mohou v závislosti na složení vstupní vody existovat v průtočné fázi diluátu a v odpovídajícím zakoncentrování tedy i v průtočné fázi koncentrátu, nebo mohou vznikat lokálně za specifických podmínek procesu EDI, tj. v alkalickém prostředí v anexu v diluátové komoře, v anexové membráně a difúzní vrstvě na jejím rozhraní s koncentrátem, resp. v kyselém prostředí v katexu v diluátové komoře, v katexové membráně a difúzní vrstvě na jejím rozhraní s koncentrátem, což souvisí se štěpením vody na bipolárních rozhraních a transportem iontů H+ a OH' pevnou fází. Ionty HCO3‘ v koncentrátu na rozhraní s katexovou membránou jsou vlivem nízkého pH konvertovány na CO2 a ionty NH4+ v koncentrátu na rozhraní s anexovou membránou jsou vlivem vysokého pH konvertovány na NH3. Lokální koncentrace uvedených složek v koncentrátu na rozhraní s příslušnou membránou může být navíc zvyšována přímo vylučováním iontů HCO3‘ a NH4 + z pevné fáze do kapalné, obsahuje-li výplň koncentrátové komory anex, resp. katex, které vytvářejí kontinuální zónu napříč koncentrátovou komorou, a jejich následnou konverzí na CO2, resp. NH3. Koncentrace uvedených neutrálních složek, v praxi zejména CO2, v koncentrátu na rozhraní s příslušnou (katexovou) membránou tak snadno může dosáhnout řádově desítek mg/1, zatímco na straně diluátu je prakticky nulová (lze ukázat, že voda s konduktivitou 0,1 pS/cm může obsahovat max. 0,005 mg/1 volného CO2). CO2 tak jako nízkomolekulární neutrální složka může rychle difundovat katexovou membránou z koncentrátu do diluátu a kontaminovat produkt EDI. Problém CO2 zde zmiňujeme především, neboť alkalinita (HCO3 a CO2) je obvykle nej významnější složkou TEA RO permeátu jako typické vstupní vody do EDI.
V současné technické praxi v oblasti EDI není problém zpětné difúze CO2 a podobných látek uspokojivě vyřešen. Jedním z možných řešení se jeví použití ionexových membrán o větší tloušťce, což snižuje gradient koncentrace, který je hnací silou difúze. Takové řešení však není ekonomicky výhodné, protože ionexové membrány jsou obvykle velmi drahé, což jeho přínos omezuje. Vhodnější alternativou přináší řešení podle patentové přihlášky US 2013/0 092 540. Původci zde umístili u povrchu koncentrátové strany katexové membrány monovrstvu katexu s jemnějším změním. V zásadě se jedná o levnější alternativu řešení s použitím katexové membrány o cca 2-násobné tloušťce. Jak bylo ukázáno, omezuje toto řešení značně zpětnou difúzi CO2, problém ale zcela neřeší.
V průmyslové praxi tedy stále chybí modul pro EDI, který by v mezích tolerancí na složení zpracovávané vody a provozních podmínek (max. zisk vody) efektivně eliminoval účinek zpětné difúze nízkomolekulárních složek typu CO2, H4SiO4, H3BO3, NH3, popř. elektrolytů ionexovými membránami z koncentrátu do diluátu, zvláště v případech, kdy jsou koncentrátové komory vyplněné ionexy.
-4CZ 307270 B6
Podstata vynálezu
K odstranění výše uvedených problémů zpětné difúze přispívá do značné míry asymetrická ionexová membrána podle tohoto vynálezu. Tato asymetrická membrána je tvořena alespoň dvěma vrstvami s tím, že alespoň jednou z uvedených vrstev je aktivní vrstva běžné katexové nebo anexové membrány, případně armovaná alespoň jednou vrstvou výztužné textilie. Podstata vynálezu spočívá v tom, že k této aktivní vrstvě je pevně, zejména pak koextruzně či prostřednictvím adhezivní mezivrstvy připojena inertní vrstva z polymeru, která je porézní a matrice této vrstvy zároveň alespoň částečně blokuje povrch aktivní vrstvy, přičemž vlastní materiál této inertní vrstvy má s výhodou nízkou propustnost (permeabilitu) pro nízkomolekulární neutrální složky roztoku, v ideálním případě je pro tyto složky zcela nepropustný.
Inertní vrstva má s výhodou tloušťku 1 až 100 pm, především pak 1 až 10 pm. Materiálem této inertní polymemí vrstvy je s výhodou polyolefin, zejména pak polyethylen nebo polypropylen, polyester, polystyren, polymethylmethakrylát, polyvinylchlorid (PVC), polyamid, polyvinylidendifluorid (PVDF), (ko)polymer na bázi přírodního nebo syntetického kaučuku nebo termoplastického elastomeru, polytetrafluorethylen (teflon) atd.
Inertem ale může být v principu kterýkoli z polymerů, který je mechanicky, chemicky a tepelně stabilní za podmínek procesu a současně je nepropustný, nebo má velmi omezenou propustnost pro neutrální složky, jejichž zpětné difúzi se má zabránit. Tloušťka inertní vrstvy může být libovolná, z praktického hlediska (celková tloušťka membrány, nárůst napětí) je však žádoucí, aby byla malá, preferenčně (jak je výše uvedeno) řádově 1 až 101 pm.
Póry v inertní vrstvě jsou vyplněny kapalinou a vytvářejí kontinuální zónu napříč touto vrstvou, což zajišťuje elektrickou vodivost této vrstvy, a tím i asymetrické ionexové membrány podle tohoto vynálezu. Je preferována rovnoměrná distribuce velikosti a hustoty pórů v inertní vrstvě. Nerovnoměrné rozložení hustoty pórů, jejich geometrie nebo velikosti lze použít tam, kde je třeba kontrolovat rychlost separace vybraných složek.
Aktivní vrstva asymetrické membrány podle vynálezu může být tvořena běžnou, komerčně dostupnou nebo speciální homogenní nebo heterogenní katexovou nebo anexovou membránou. Homogenní typy zahrnují membrány na bázi kopolymeru styrenu s divinylbenzenem, na bázi polyakrylátu nebo perfluorovaných polymerů. Heterogenní typy jsou reprezentovány termoplastickými směsmi mletých ionexů s matricí na bázi kopolymeru styrenu s divinylbenzenem nebo polyakrylátu spolymerním pojivém, jako je polyethylen (PE), polypropylen (PP) nebo polyvinylidendifluorid (PVDF).
Podstata způsobu použití asymetrické ionexové membrány podle podle vynálezu v elektromembránovém separačním procesu typu elektrodialýzy (ED) nebo elektrodeionizace (EDI) spočívá v tom, že se asymetrická ionexová membrána orientuje tak, že její inertní vrstva směřuje do koncentrátových nebo elektrodových komor, zatímco aktivní vrstva směřuje do diluátových komor, čímž dojde k omezení nežádoucí zpětné difúze iontů a neutrálních složek.
Asymetrická ionexová membrána se může použít v kombinaci s alespoň jednou další ionexovou membránou standardní nebo asymetrickou.
Princip použití asymetrické ionexové membrány spočívá v omezení kinetiky zpětné difúze iontů a neutrálních složek zablokováním části povrchu aktivní vrstvy membrány na straně koncentrátu matricí inertní vrstvy, zatímco na straně diluátu není povrch aktivní vrstvy membrány nijak omezen. Lze ukázat, že se tímto způsobem sice může zvýšit hustota toku odpovídající zpětné difúzi iontů v neblokovaných částech ionexové membrány, ale toto případné zvýšení nekompenzuje úbytek aktivní plochy ionexové membrány o zablokovanou část, takže ve výsledku dochází ke snížení toku iontu zpětnou difúzí. V případě neutrálních složek je hustota
-5CZ 307270 B6 toku odpovídající zpětné difúzi dána koncentračním gradientem těchto složek napříč ionexovou membránou. Zablokováním části povrchu aktivní vrstvy membrány na straně koncentrátu matricí inertní vrstvy tedy dochází opět ke snížení toku neutrální složky zpětnou difúzí.
Vzhledem k blokování části povrchu aktivní vrstvy ionexové membrány na její koncentrátové straně matricí inertní vrstvy však může dojít k určitému zvýšení elektrického odporu celého systému, protože se prodlouží dráha iontů v aktivní a inertní vrstvě asymetrické membrány a v difúzní vrstvě na rozhraní membrány s koncentrátem, popř. v ionexové výplni koncentrátových komor. Určité zvýšení ztráty napětí v aktivní části asymetrické ionexové membrány a difúzní vrstvě na rozhraní této membrány s koncentrátem zároveň nepředstavuje žádný technický problém, protože podíl ztráty napětí v těchto částech modulu EDI je obecně velmi nízký.
Je však nutné si uvědomit, že přílišné zablokování povrchu aktivní vrstvy membrány matricí inertní vrstvy na straně přivrácené do koncentrátové komory povede sice k praktické eliminaci zpětné difúze nežádoucích složek z koncentrátu do diluátu, ale současně zvýší ohmickou ztrátu napětí systému nad únosnou mez. Naopak nedostatečné zablokování povrchu aktivní vrstvy membrány matricí inertní vrstvy sice zvýší ohmickou ztrátu v systému jen nepatrně, ale podstatně neomezí zpětnou difúzi nežádoucích složek z koncentrátu do diluátu.
Oblast použití asymetrické ionexové membrány podle tohoto vynálezu spadá do demineralizačních aplikací elektromembránových separačních procesů typu ED a EDI, kde existuje na jedné straně diluát s velmi nízkou koncentrací elektrolytů, preferenčně 10'2 mol/1 nebo nižší, nebo nežádoucích neutrálních složek a na druhé straně koncentrát, kde koncentrace elektrolytu nebo nežádoucích neutrálních složek je alespoň o řád, preferenčně o dva až čtyři řády vyšší než v diluátu.
Objasnění výkresů
K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží přiložené výkresy, kde představuje obr. 1 a - konstrukce asymetrické ionexové membrány, obr. lb - konstrukce asymetrické membrány s detailním znázorněním inertní vrstvy v řezu, obr. 2 - hydraulické schéma elektrodialyzéru, obr. 3 - principiální schéma procesu elektrodialýzy (ED), obr. 4 - principiální schéma procesu elektrodeionizace (EDI), obr. 5 - příklad použití asymetrických ionexových membrán v modulu EDI.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Asymetrická ionexová membrána (viz obr. la, lb) je tvořena dvěma vrstvami. První vrstvou je aktivní vrstva 1 katexové nebo anexové membrány homogenního typu o tloušťce 50 až 1000 pm, na bázi kopolymeru styrenu s divinylbenzenem, na bázi polyakrylátu nebo na bázi perfluorovaných polymerů. K této aktivní vrstvě 1 je pevně - koextruzí nebo prostřednictvím adhezivní mezivrstvy připojena polymerní inertní vrstva 2 na bázi polyethylenu o tloušťce 1 až
-6CZ 307270 B6
100 pm, která je porézní - viz znázornění pórů 2b na obr. lb a matrice 2a této inertní vrstvy 2 zároveň alespoň částečně blokuje povrch aktivní vrstvy. Permeabilita asymetrické ionexové membrány pro neutrální složky typu CO2, NH3 apod. je nižší než permeabilita aktivní vrstvy E
Příklad 2
Asymetrická ionexová membrána (viz obr. 1) je tvořena dvěma vrstvami. První vrstvou je aktivní vrstva 1 katexové nebo anexové membrány heterogenního typu o tloušťce 50 až 1000 pm, na bázi termoplastických směsí mletých ionexů s matricí na bázi kopolymeru styrenu s divinylbenzenem nebo polyakrylátu s polymemím pojivém, jako je polyethylen (PE), polypropylen (PP) nebo polyvinylidendifluorid (PVDF). Ktéto aktivní vrstvě 1 je pevně koextruzí nebo prostřednictvím adhezivní mezivrstvy připojena polymerní inertní vrstva 2 na bázi polyethylenu o tloušťce 1 až 100 pm, která se vyznačuje tím, že je porézní a nebrání tedy transportu iontů difúzí a migrací. Permeabilita asymetrické ionexové membrány pro neutrální složky typu CO2, NH3 apod. je nižší než permeabilita aktivní vrstvy E
Příklad 3
Asymetrická ionexová membrána (viz obr. 1) je tvořena dvěma vrstvami. První vrstvou je aktivní vrstva 1 katexové nebo anexové membrány homogenního typu shodná s příkladem 1. K této aktivní vrstvě 1 je pevně - koextruzí nebo prostřednictvím adhezivní mezivrstvy připojena polymerní inertní vrstva 2 na bázi polypropylenu o tloušťce 1 až 100 pm, která se vyznačuje tím, že je porézní a nebrání tedy transportu iontů difúzí a migrací. Permeabilita asymetrické ionexové membrány pro neutrální složky typu CO2, NH3 apod. je nižší než permeabilita aktivní vrstvy E
Příklad 4
Asymetrická ionexová membrána (viz obr. 1) je tvořena dvěma vrstvami. První vrstvou je aktivní vrstva 1 katexové nebo anexové membrány heterogenního typu shodná s příkladem 2. K této aktivní vrstvě 1 je pevně - koextruzí nebo prostřednictvím adhezivní mezivrstvy připojena polymerní inertní vrstva 2 na bázi polypropylenu o tloušťce 1 až 100 pm, která se vyznačuje tím, že je porézní a nebrání tedy transportu iontů difúzí a migrací. Permeabilita asymetrické ionexové membrány pro neutrální složky typu CO2, NH3 apod. je nižší než permeabilita aktivní vrstvy E
Příklad 5
Asymetrická ionexová membrána má aktivní vrstvu 1 katexové nebo anexové membrány a polymerní inertní vrstvu 2 v provedení podle některého z příkladů 1 až 4. Aktivní vrstva 1 katexové nebo anexové membrány je zde ale navíc armovaná alespoň jednou vrstvou výztužné textilie.
Příklad 6
Při použití asymetrické ionexové membrány podle podle některého z příkladů 1 až 5 v elektromembránovém separačním procesu typu elektrodialýzy (ED) nebo elektrodeionizace (EDI) se asymetrická ionexová membrána orientuje tak, že její inertní vrstva 2 směřuje do koncentrátových nebo elektrodových komor K, zatímco aktivní vrstva 1 směřuje do diluátových komor D (viz znázornění na obr. 1). Tím dojde k omezení nežádoucí zpětné difúze iontů a neutrálních složek.
-7CZ 307270 B6
Hydraulické schéma typického zařízení pro elektrodialýzu (ED) - deskového elektrodialyzéru je znázorněno na obr. 2. Elektrodialyzér je zařízení koncepčně připomínající rámový kalolis, které se skládá ze stahovacích desek osazených na vnitřní straně elektrodami, mezi nimiž je sestaven tzv. membránový svazek, tvořený od jedné elektrody ke druhé pravidelně se střídajícími katexovými membránami CM a anexovými membránami AM, prokládanými rozdělovači. Na obr. 2 je rovněž naznačen průchod elektrodového roztoku E, koncentrátu K a diluátu D zařízením.
Princip procesu elektrodialýzy (ED) je patrný z obr. 3. I zde jsou znázorněny střídající se katexové membrány CM a anexové membrány AM, dráha koncentrátu K a diluátu D a směr elektrického proudu I. Velké horizontální šipky symbolizují žádaný transport iontů, zatímco přerušované horizontální šipky symbolizují nežádoucí transport iontů. K nežádoucímu transportu iontů dochází vlivem neselektivity ionexových membrán a zpětné difúze.
Při zpracování velmi zředěných roztoků s konduktivitou řádově 102 pS/cm nebo nižší lze poměry v zařízení z hlediska intenzifikace přenosu hmoty dále podstatně zlepšit vyplněním diluátových komor směsným ložem ionexů (tzv. mixbed), tj. dokonalou směsí silně kyselého katexu a silně bazického anexu ve formě sférických zrn, jak je ukázáno na obr. 4. Vstup RO permeátu PÍ a výstup produktu ED1 P2 je rovněž na obr. 4 schématicky naznačen.
Příklad 7
V modulu ED nebo EDI lze použít libovolnou kombinaci standardních ionexových membrán s asymetrickými, preferenčně kombinaci asymetrické katexové membrány se standardní nebo asymetrickou anexovou membránou. Inertní vrstva asymetrické ionexové membrány směřuje vždy do koncentrátových nebo elektrodových komor, zatímco aktivní vrstva směřuje vždy do diluátových komor. Preferovanou výplní diluátových a koncentrátových komor podle tohoto vynálezu je mixbed.
Schéma na obr. 5 znázorňuje kombinaci standardních anexových membrán AM v kombinaci s asymetrickými katexovými membránami CM v modulu EDI. Dále je zde naznačen též průchod zpracovávaného roztoku R, koncentrátu K a výstup produktu P ze zařízení.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Asymetrická ionexová membrána, tvořená alespoň dvěma vrstvami s tím, že alespoň jednou z uvedených vrstev je aktivní vrstva (1) katexové nebo anexové membrány, homogenního typu jako jsou membrány na bázi kopolymeru styrenu s divinylbenzenem, na bázi polyakrylátu nebo perfluorováných polymerů nebo heterogenního typu jako jsou membrány na bázi termoplastických směsí mletých ionexů s matricí tvořenou kopolymerem styrenu s divinylbenzenem nebo polyakrylátu s polymerním pojivém, jako je polyethylen (PE), polypropylen (PP) nebo polyvinylidendifluorid (PVDF), případně armovaná alespoň jednou vrstvou výztužné textilie, vyznačující se tím, že k aktivní vrstvě (1) katexové nebo anexové membrány je pevně, zejména pak koextruzně či prostřednictvím adhezivní mezivrstvy připojena inertní vrstva (2) z polymeru ze skupiny zahrnující polyethylen nebo polypropylen, polyester, polystyren, polymethylmethakrylát, polyvinylchlorid (PVC), polyamid, polyvinylidendifluorid (PVDF), (ko)polymer na bázi přírodního nebo syntetického kaučuku nebo termoplastického elastomeru, polytetrafluorethylen (teflon), s tím, že materiál inertní vrstvy (2) částečně blokuje transport složek z roztoku do membrány a zároveň je porézní, při čemž póry při vyplnění kapalinou vytvářejí kontinuální zónu napříč touto vrstvou, což zajišťuje její iontovou vodivost.- 8 CZ 307270 B6
- 2. Asymetrická ionexová membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že inertní vrstva (2) má tloušťku 1 až 100 pm, především pak 1 až 10 pm.
- 3. Asymetrická ionexová membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že póry v inertní vrstvě (2) vytvářejí kontinuální zónu napříč touto vrstvou a velikost a hustota pórů (2b) je rozdělena rovnoměrně.
- 4. Asymetrická ionexová membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že inertní vrstva (2) má pro řízení rychlosti separace složek rozložení pórů (2b) nerovnoměrné.
- 5. Způsob použití asymetrické ionexové membrány podle nároku 1 v elektromembránovém separačním procesu typu elektrodialýzy (ED) nebo elektrodeionizace (EDI), vyznačující se tím, že asymetrická ionexová membrána se orientuje tak, že její inertní vrstva (2) směřuje do koncentrátových nebo elektrodových komor (K), zatímco aktivní vrstva (1) směřuje do diluátových komor (D), čímž dojde k omezení nežádoucí zpětné difúze iontů a neutrálních složek.
- 6. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že asymetrická ionexová membrána se použije v kombinaci s alespoň jednou další ionexovou membránou standardní nebo asymetrickou.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-504A CZ307270B6 (cs) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | Asymetrická ionexová membrána a způsob jejího použití |
| PCT/CZ2014/000071 WO2014206381A1 (en) | 2013-06-27 | 2014-06-25 | The asymmetric ion-exchange membrane and use thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-504A CZ307270B6 (cs) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | Asymetrická ionexová membrána a způsob jejího použití |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013504A3 CZ2013504A3 (cs) | 2015-01-07 |
| CZ307270B6 true CZ307270B6 (cs) | 2018-05-09 |
Family
ID=51265441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-504A CZ307270B6 (cs) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | Asymetrická ionexová membrána a způsob jejího použití |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ307270B6 (cs) |
| WO (1) | WO2014206381A1 (cs) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105536556A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-05-04 | 中国科学院烟台海岸带研究所 | 具有疏油性质的分离膜及其应用 |
| CN113896923B (zh) * | 2020-06-19 | 2023-07-28 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种基于聚醚砜主链的非对称离子交换膜及其制备方法和应用 |
| CN114832630A (zh) * | 2021-02-01 | 2022-08-02 | 溢泰（南京）环保科技有限公司 | 一种电去离子水过滤膜的堆叠方法 |
| CN114032564B (zh) * | 2021-11-08 | 2023-08-01 | 西湖大学 | 生物离子传输膜、制备方法及其应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4902308A (en) * | 1988-06-15 | 1990-02-20 | Mallouk Robert S | Composite membrane |
| CZ279931B6 (cs) * | 1991-06-21 | 1995-08-16 | Ústav Makromolekulární Chemie Avčr | Spirálový membránový modul pro odsolení neutralisační dialýsou |
| US6465136B1 (en) * | 1999-04-30 | 2002-10-15 | The University Of Connecticut | Membranes, membrane electrode assemblies and fuel cells employing same, and process for preparing |
| CA2376993A1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-15 | Go Young Moon | Chitosan / anionic surfactant complex membrane |
| CN101745321B (zh) * | 2009-12-10 | 2011-06-08 | 山东东岳神舟新材料有限公司 | 一种微孔膜增强全氟交联离子交换膜及其制备方法 |
| CZ302507B6 (cs) * | 2007-10-17 | 2011-06-22 | Mega A. S. | Laminovaná heterogenní iontovýmenná membrána, zpusob její výroby a zarízení k provádení tohoto zpusobu |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3356607A (en) * | 1964-07-22 | 1967-12-05 | Ionics | Reinforced ion-exchange membranes |
| JPS6078603A (ja) * | 1983-10-04 | 1985-05-04 | Tokuyama Soda Co Ltd | イオン交換膜法電気透析装置 |
| US20130092540A1 (en) | 2011-10-14 | 2013-04-18 | General Electric Company | Electrodeionization electrode chamber configuration for enhancing hardness tolerance |
-
2013
- 2013-06-27 CZ CZ2013-504A patent/CZ307270B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2014
- 2014-06-25 WO PCT/CZ2014/000071 patent/WO2014206381A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4902308A (en) * | 1988-06-15 | 1990-02-20 | Mallouk Robert S | Composite membrane |
| CZ279931B6 (cs) * | 1991-06-21 | 1995-08-16 | Ústav Makromolekulární Chemie Avčr | Spirálový membránový modul pro odsolení neutralisační dialýsou |
| US6465136B1 (en) * | 1999-04-30 | 2002-10-15 | The University Of Connecticut | Membranes, membrane electrode assemblies and fuel cells employing same, and process for preparing |
| CA2376993A1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-15 | Go Young Moon | Chitosan / anionic surfactant complex membrane |
| CZ302507B6 (cs) * | 2007-10-17 | 2011-06-22 | Mega A. S. | Laminovaná heterogenní iontovýmenná membrána, zpusob její výroby a zarízení k provádení tohoto zpusobu |
| CN101745321B (zh) * | 2009-12-10 | 2011-06-08 | 山东东岳神舟新材料有限公司 | 一种微孔膜增强全氟交联离子交换膜及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2013504A3 (cs) | 2015-01-07 |
| WO2014206381A1 (en) | 2014-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sedighi et al. | Environmental sustainability and ions removal through electrodialysis desalination: Operating conditions and process parameters | |
| US5120416A (en) | Introducing and removing ion-exchange and other particulates from an assembled electrodeionization stack | |
| US5203976A (en) | Introducing and removing ion-exchange and other particulates rom an assembled electrodeionization stack | |
| ElMekawy et al. | The near-future integration of microbial desalination cells with reverse osmosis technology | |
| Strathmann | Electrodialysis, a mature technology with a multitude of new applications | |
| US5066375A (en) | Introducing and removing ion-exchange and other particulates from an assembled electrodeionization stack | |
| EP1069079B1 (en) | Electric deionization apparatus | |
| EP0892677B1 (en) | Electrodeionization apparatus and method | |
| US6514398B2 (en) | Electrodeionization apparatus and method | |
| US9422176B2 (en) | Systems and techniques for electrodialysis | |
| CN100522323C (zh) | 电渗析装置和方法 | |
| TWI241983B (en) | Electrodeionization deionized water producing apparatus | |
| EP2208523B1 (en) | Electrodeionization device with hydrodynamic flow splitting | |
| US20160023925A1 (en) | Polarized electrodialysis | |
| CZ307270B6 (cs) | Asymetrická ionexová membrána a způsob jejího použití | |
| JP7224994B2 (ja) | 電気式脱イオン水製造装置および脱イオン水の製造方法 | |
| Tang et al. | Simultaneous fractionation, desalination, and dye removal of dye/salt mixtures by carbon cloth-modified flow-electrode capacitive deionization | |
| US9550687B2 (en) | Electrodeionization module and apparatus | |
| Reddy et al. | Biomimetic membranes: Advancements and applications—A minireview | |
| JPH10323673A (ja) | 脱イオン水製造方法 | |
| Audinos et al. | Electrodialysis | |
| CN106673143B (zh) | 一种电渗析装置及过滤设备 | |
| CN212151723U (zh) | 一种膜、分离装置及水处理设备 | |
| Ladole et al. | Desalination using electrodialysis | |
| Moulik et al. | Water competitive diffusion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20220627 |