分離科學(xué)與進(jìn)展 中科大lecture5

陰離子交換色譜陰離子交換色譜以陰離子交換劑為固定相，用來(lái)分析陰離子。在離子色譜中，陰離子的分析比陽(yáng)離子意義要大得多，這是因?yàn)殛?yáng)離子分析可采用原子光譜和X射線(xiàn)熒光技術(shù)，而對(duì)陰離那么缺乏這樣非常有效的手段。陰離子交換色譜影響陰離子保存的主要因素有：流動(dòng)相流速、別離柱長(zhǎng)度、柱溫、固定相性質(zhì)、流動(dòng)相的種類(lèi)和濃度、流動(dòng)相的pH值等。陰離子交換色譜流動(dòng)相流速的選擇：對(duì)于陰離子交換色譜可以選取盡可能大的流速，這樣可以大大縮短分析時(shí)間而對(duì)柱效的影響不大。通常使用的流速為1~2mL/min陰離子交換色譜別離柱長(zhǎng)度：選擇余地并不大，通常對(duì)于弱保存樣品選擇長(zhǎng)柱〔或串聯(lián)柱〕以改善別離，對(duì)于強(qiáng)保存樣選擇短柱。流動(dòng)相的選擇：主要依據(jù)所采用的檢測(cè)方法和樣品離子性質(zhì)。淋洗離子與固定相之間的作用力一般應(yīng)與樣品離子與固定相之間的作用力相當(dāng)。假設(shè)用非抑制型電導(dǎo)檢測(cè)那么應(yīng)選擇較低電導(dǎo)率的流動(dòng)相。陰離子交換色譜淋洗劑的濃度：濃度越大，樣品保存越小。陰離子交換色譜流動(dòng)相pH值：影響到離解平衡和離子價(jià)態(tài)，從而影響到樣品的保存；在非抑制型電導(dǎo)檢測(cè)的離子交換色譜中，pH值的變化將引起有機(jī)酸淋洗劑離解度的變化，從而影響其淋洗能力；用多元羧酸作淋洗劑時(shí)，可以根據(jù)溶質(zhì)離子的性質(zhì)，通過(guò)控制流動(dòng)相的pH，使淋洗離子以希望的價(jià)態(tài)存在，從而獲得適宜的洗脫能力。陰離子交換色譜抑制型電導(dǎo)檢測(cè)陰離子交換色譜常用的流動(dòng)相：〔1〕能夠有足夠的洗脫能力；〔2〕通過(guò)抑制器時(shí)能與再生劑發(fā)生離子交換反響形成電導(dǎo)極低的弱電解質(zhì)或水。其中最典型的淋洗劑是碳酸鹽系列淋洗劑，其中NaHCO3/Na2CO3應(yīng)用最廣，只要改變配比便可得到不同淋洗能力和pH值的流動(dòng)相。NaOH溶液也可以作洗動(dòng)相，但淋洗能力較弱。陰離子交換色譜陰離子交換色譜非抑制型電導(dǎo)檢測(cè)陰離子交換色譜常用的流動(dòng)相：由于柱流出物直接流入電導(dǎo)檢測(cè)池，所以要求流動(dòng)相的背景電導(dǎo)低，所以這類(lèi)淋洗劑都是弱電解質(zhì)，如：游離羧酸〔不能用于弱酸陰離子的分析，淋洗劑中未離解的分子會(huì)發(fā)生吸附導(dǎo)致大的系統(tǒng)峰〕、羧酸鹽、堿性淋洗劑〔主要用于極弱酸的陰離子檢測(cè)〕堿性淋洗劑主要是稀的NaOH或苯二甲酸鹽的堿性溶液，假設(shè)用稀NaOH或KOH作淋洗劑，色譜圖上得到的是負(fù)峰，由于OH與樣品陰離子的摩爾電導(dǎo)率差異很大，該體系的靈敏度比羧酸鹽作淋洗劑更高。陽(yáng)離子交換色譜法 〔1〕陽(yáng)離子交換色譜法通常用稀的無(wú)機(jī)酸作為淋洗液，但其洗脫二價(jià)金屬離子的能力不強(qiáng)；〔2〕均苯四甲酸、吡啶二甲酸和灑石酸等離解度較大的羧酸，既能提供一定濃度的H+作淋洗離子，又對(duì)堿土金屬和過(guò)渡金屬離子有一定的配位作用，很適合二價(jià)和多價(jià)金屬離子的洗脫；〔3〕對(duì)于別離重金屬和過(guò)渡金屬離子，通常在流動(dòng)相中參加一定的配體與過(guò)渡金屬形成中性或離子性的配合物。陰陽(yáng)離子的同時(shí)分析〔1〕將陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化成配合陰離子進(jìn)行分析；〔2〕利用離子交換和離子排斥混合別離；〔3〕采用多功能基包覆固定相；〔4〕柱切換技術(shù)；〔5〕利用混合床固定相。陰陽(yáng)離子的同時(shí)分析陰陽(yáng)離子的同時(shí)分析陰陽(yáng)離子的同時(shí)分析陽(yáng)離子交換色譜法離子排斥色譜離子排斥色譜的別離機(jī)理是建立在Donnan排斥的機(jī)理上的，但有時(shí)空間排阻和吸附作用也可能是引起保存的主要因素。離子排斥色譜幾個(gè)定義樹(shù)脂骨架：指功能化的固體樹(shù)脂顆粒，即構(gòu)成樹(shù)脂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。樹(shù)脂內(nèi)溶液：指樹(shù)脂顆粒微孔中吸留的流動(dòng)相溶液。樹(shù)脂外溶液：指樹(shù)脂顆粒外部，即樹(shù)脂顆粒間的流動(dòng)相溶液。 完全離解的陰離子不能進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)溶液，將在V0處被洗脫，而未電離的有機(jī)弱酸分子那么可以進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)溶液被保存。離子排斥色譜離子排斥色譜 Simpson和Wheaton根據(jù)離子色譜法的原理，提出了如下的溶質(zhì)保存式：VR=Vs+Kd·VrKd=cr/cs VR為溶質(zhì)保存體積，Vs〔Vr〕為樹(shù)脂外〔內(nèi)〕淋洗體積；Kd為溶質(zhì)在樹(shù)脂內(nèi)溶液與樹(shù)脂外溶液兩相間的分配系統(tǒng)，cr〔cs〕為樹(shù)脂內(nèi)〔外〕溶液中溶質(zhì)的濃度。離子排斥色譜強(qiáng)電解質(zhì)在極端狀態(tài)下，Kd=0，VR=VS=Ve；水的Kd=1。流動(dòng)相中參加有機(jī)溶劑會(huì)使弱酸的保存變?nèi)?；〔有機(jī)溶劑分子占據(jù)樹(shù)脂外表并增加弱酸分子在流動(dòng)相中的溶解度〕二元酸和三元酸比同碳數(shù)的一元酸保存弱；異構(gòu)酸比相應(yīng)的正構(gòu)酸的保存值小〔排阻效應(yīng)〕含有不飽和鍵的酸比飽和酸的保存值大〔吸附〕離子排斥色譜強(qiáng)酸〔pKa<2.5〕和極弱酸〔pKa>6.5〕在離子排斥色譜中都不易別離，中等強(qiáng)度的酸較易別離，且洗脫順序與pKa成正比離子排斥色譜固定相：通常使用全磺化的強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，別離弱離解的有機(jī)酸適合用交聯(lián)度稍高的樹(shù)脂，別離離解度較大的酸那么適合用低交聯(lián)度的樹(shù)脂；流動(dòng)相：主要是純水，稀無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸。離子對(duì)色譜離子對(duì)色譜采用高交聯(lián)度、高比外表積的中性無(wú)離子交換功能基的聚苯乙烯大孔樹(shù)脂〔或硅膠基的鍵合固定相〕為柱填料，可用于別離多種分子量大的陰陽(yáng)離子，特別是帶局部電荷的大分子〔如外表活性劑〕以及疏水性的陰陽(yáng)離子，主要包括：大分子量的脂肪羧酸，陰離子和陽(yáng)離子外表活性劑，烷基磺酸鹽，芳香磺酸鹽和芳香硫酸鹽，季胺化合物，水可溶性的維生素，硫的各種含氧化合物，金屬氰化物絡(luò)合物，酚類(lèi)和烷醇胺等。離子對(duì)色譜離子交換的選擇性受流動(dòng)相和固定相兩種因素的影響，主要是固定相；而離子對(duì)別離的選擇性主要由流動(dòng)相決定。離子對(duì)色譜的流動(dòng)相包含兩個(gè)主要成分：離子對(duì)試劑和有機(jī)溶劑。通過(guò)改變離子對(duì)試劑和有機(jī)溶劑的類(lèi)型及濃度可到達(dá)不同的別離要求。離子對(duì)試劑是一種較大的離子型分子，所帶的電荷與被測(cè)離子相反。它通常有兩個(gè)區(qū)，一個(gè)與固定相作用的疏水區(qū)，另一個(gè)是與被分析離子作用的親水性電荷區(qū)。離子對(duì)色譜的別離模式離子對(duì)形成：被分析離子與離子對(duì)形成中性“離子對(duì)〞，分布在流動(dòng)相和固定相之間，與經(jīng)典反相色譜相似，可由改變流動(dòng)相中有機(jī)溶劑的濃度來(lái)控制保存；動(dòng)態(tài)離子交換模式：離子對(duì)試劑和疏水性局部吸附到固定相并形成動(dòng)態(tài)的離子交換外表，被別離的離子像經(jīng)典的離子交換那樣被保存在這個(gè)動(dòng)態(tài)的離子交換外表上，而有機(jī)試劑的作用被用于阻止離子對(duì)試劑與固定相的相互作用；離子對(duì)色譜的別離模式離子對(duì)色譜的別離模式離子相互作用模型：該理論認(rèn)為在非極性的固定相和極性流動(dòng)相之間形成了很高的外表張力，流動(dòng)相的有機(jī)組分如有機(jī)溶劑、外表活性劑、季銨堿等，可以減小外表張力，因此固定相對(duì)這些組分具有一定的親和力，并在固定相外表形成雙電層。離子對(duì)色譜的別離模式影響離子對(duì)色譜保存的主要參數(shù)與離子交換色譜相比，離子對(duì)色譜的主要優(yōu)點(diǎn)是可通過(guò)改變色譜條件解決多種分析問(wèn)題。這種靈活性來(lái)源于影響保存的主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)可以改變：〔1〕離子對(duì)試劑的種類(lèi)和濃度；〔2〕流動(dòng)相中有機(jī)改進(jìn)劑的類(lèi)型和濃度；〔3〕無(wú)機(jī)添加劑的類(lèi)型和濃度；〔4〕淋洗液的pH影響離子對(duì)色譜保存的主要參數(shù)離子對(duì)試劑的類(lèi)型和濃度：〔1〕對(duì)親水性〔疏水性〕離子的別離應(yīng)選用疏水性〔親水性〕的離子對(duì)試劑；〔2〕相對(duì)分子量較小的離子對(duì)試劑比相對(duì)分子量大的離子對(duì)試劑得到的別離好。影響離子對(duì)色譜保存的主要參數(shù)影響離子對(duì)色譜保存的主要參數(shù)有機(jī)改進(jìn)劑的類(lèi)型和濃度：有機(jī)改進(jìn)劑的作用主要為：〔1〕與離子對(duì)試劑競(jìng)爭(zhēng)固定相外表的吸附位置，從而減小柱子的有效容量；〔2〕降低流動(dòng)相的極性，由此影響被別離化合物與離子對(duì)試劑所形成的復(fù)合物在疏水環(huán)境中的分配。影響離子對(duì)色譜保存的主要參數(shù)無(wú)機(jī)添加劑的影響：無(wú)機(jī)添加劑影響溶質(zhì)保存的機(jī)理可以從動(dòng)態(tài)離子交換模型得到解釋?zhuān)瑹o(wú)機(jī)離子將與樣品離子同時(shí)與吸附在固定相外表的離子對(duì)試劑作用，相互競(jìng)爭(zhēng)。影響離子對(duì)色譜保存的主要參數(shù)pH的影響：在流動(dòng)相中參加適當(dāng)?shù)乃峄驂A來(lái)改變流動(dòng)相的pH值，也可以控制溶質(zhì)的保存或提高檢測(cè)靈敏度。流動(dòng)相的酸度一方面可以影響具有酸性或堿性的樣品本身，另一方面通過(guò)影響離子對(duì)試劑來(lái)影響離子與反離子的結(jié)合。離子抑制色譜〔ISC〕通過(guò)控制流動(dòng)相的pH來(lái)抑制弱酸或弱堿的離解，從而在非極性的硅膠基質(zhì)固定相或有機(jī)聚合物固定相上進(jìn)行別離的方法。該技術(shù)與用于弱電解質(zhì)別離的離子排斥色譜體系有一定的相似性，但是離子排斥色譜是以離子交換劑為固定相，溶質(zhì)與固定相之間的相互作用主要是Donnan排斥作用，而在ISC中使用的是非極性固定相，溶質(zhì)與固定相之間的相互作用擴(kuò)要為吸附與分配作用。膜別離技術(shù)膜別離：膜的概念如果在一個(gè)流體相內(nèi)或兩個(gè)流體相之間有一薄層凝聚相物質(zhì)把流體相分隔開(kāi)來(lái)成為兩局部，那么這一薄層物質(zhì)就是膜。這里所說(shuō)的凝聚相物質(zhì)可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的和氣態(tài)的，這膜所隔開(kāi)的流體相物質(zhì)那么可以是液態(tài)的也可以是氣態(tài)的。膜本身可以是均勻的一相，也可以是由兩相以上的凝聚態(tài)物質(zhì)所構(gòu)成的復(fù)合體。膜可以有很大的面積，也可以?xún)H有微小的面積；可以獨(dú)立地存在于流體相間，也可以附著在支持體或載體的微孔隙中。膜別離：膜別離過(guò)程的特點(diǎn)膜別離過(guò)程中沒(méi)有相變化，不需要使液體沸騰，也不需要使氣體液化，因此是一種低能耗、低本錢(qián)的別離技術(shù)。膜別離一般在常溫下進(jìn)行，對(duì)那些需要防止高溫別離的物質(zhì)顯示出獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。膜別離技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，對(duì)無(wú)機(jī)物、有機(jī)物以及生物樣品均可適用。膜別離裝置簡(jiǎn)單，操作容易，制造方便。膜別離：膜別離的三種形式滲析式膜別離：特點(diǎn)是被處理的溶液置于固體膜的一側(cè)，置于膜的另一側(cè)的接受液是接納滲析組分的溶劑或溶液。料液中的某些溶質(zhì)或離子在濃度差，電位差的推動(dòng)下，透過(guò)膜進(jìn)入接受液中從而被別離出去。屬于滲析式膜別離的操作有滲析和電滲析。膜別離：膜別離的三種形式過(guò)濾式膜別離：特點(diǎn)是溶液或混合氣體置于固體膜的一側(cè)，在壓力差的作用下，局部物質(zhì)透過(guò)膜而成為滲濾液或滲透氣。由于組分分子的大小和性質(zhì)有別，它們透過(guò)膜的速率有差異，因而透過(guò)局部與留下局部的組成不同，即實(shí)現(xiàn)了組分的別離。屬于此類(lèi)別離的操作有：超濾、微濾、反滲透和氣體滲透。膜別離：膜別離的三種形式液膜別離：該過(guò)程涉及三個(gè)液相：料液是第一液相，接受液是第二液相，處于二者之間的是液膜，是第三液相。液膜必須與料液和接受液互不混溶。液、液兩相間的傳質(zhì)別離操作類(lèi)似于萃取和反萃取、溶質(zhì)從料液進(jìn)入液膜相當(dāng)于萃取，溶質(zhì)從液膜進(jìn)入接受液相當(dāng)于反萃取。膜別離：膜別離的三種形式膜別離過(guò)程除膜相以外的兩液相可以具有同樣的相態(tài)和組分，僅在組成濃度上存在并別。被膜分隔的兩相之間不存在平衡關(guān)系，依靠不同組分透過(guò)膜的速率差異來(lái)實(shí)現(xiàn)組分的別離，所以常稱(chēng)之為速率別離過(guò)程；膜別離過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是能耗低，操作方便，不產(chǎn)生二次污染，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。膜別離：別離用膜的分類(lèi)根據(jù)膜的材質(zhì)，從相態(tài)上可分為固體膜和液體膜根據(jù)來(lái)源上可分為天然膜和合成膜根據(jù)膜體結(jié)構(gòu)，固體膜可分為致密膜和多孔膜根據(jù)膜的斷面形態(tài)，固體膜可分了對(duì)稱(chēng)膜、不對(duì)稱(chēng)膜和復(fù)合膜根據(jù)膜的功能可分為離子交換膜、滲析膜、超過(guò)濾膜、反滲透膜、滲透氣化膜和氣體滲透膜等。根據(jù)膜對(duì)水的親和性可分為親水膜和疏水膜；根據(jù)是否帶電荷可分為荷電膜和非荷電膜根據(jù)固體膜的形狀，可分為平板膜、管式膜、中空纖維膜、核孔膜〔核徑跡蝕刻膜〕根據(jù)膜的材質(zhì)分類(lèi)固態(tài)膜液態(tài)膜致密膜多孔膜微孔膜大孔膜從來(lái)源上分類(lèi)人工合成膜天然膜無(wú)機(jī)材料膜有機(jī)高分子膜按膜的功能分類(lèi)離子交換膜滲析膜超過(guò)濾膜反滲透膜滲透汽化膜……..按膜的形狀分類(lèi)平板膜管式膜中空纖維膜核孔膜……膜別離：電滲析滲析是指用膜把一個(gè)容器分成兩局部，膜的一側(cè)是水溶液，另一側(cè)是純水，小分子溶質(zhì)通過(guò)膜向純水側(cè)移動(dòng)，同時(shí)，純水也可能通過(guò)膜向溶液側(cè)移動(dòng)的過(guò)程。滲析有時(shí)也稱(chēng)為透析?！材さ膬蓚?cè)是濃度不同的溶液時(shí)，溶質(zhì)從高濃度的一側(cè)透過(guò)膜向低濃度一側(cè)擴(kuò)散的過(guò)程。如果僅僅有水透過(guò)膜，而溶質(zhì)不透過(guò)，那么稱(chēng)為滲透〕。電滲析是在直流電場(chǎng)的作用下，溶液中的帶電離子選擇性地透過(guò)離子交換膜的過(guò)程。電滲析的典型應(yīng)用是在水的純化上。1、壓緊板2、墊板3、電極4、墊圈5、導(dǎo)水極水板6、陽(yáng)膜7、淡水隔板框8、陰膜9、濃水隔板框電滲析裝置電滲析作用示意圖離子交換膜的選擇性透過(guò)機(jī)理雙電層理論：以陽(yáng)膜為例，膜中的活性基團(tuán)電離之后，帶有負(fù)電荷，與電解質(zhì)溶液中相反電荷的離子形成雙電層，此時(shí)固定基團(tuán)構(gòu)成足夠強(qiáng)烈的負(fù)電場(chǎng)，使膜外溶液中的帶正電荷的離子容易被吸引入膜的孔隙中透過(guò)陽(yáng)膜，而帶負(fù)電荷的離子受到排斥不能透過(guò)陽(yáng)膜。如果膜中的活性基團(tuán)很少或膜外溶液濃度很大，那么擴(kuò)散雙電層的厚度變薄，從而會(huì)降低膜的選擇性。Donnan膜平衡理論：離子交換膜的選擇性透過(guò)機(jī)理電滲析過(guò)程是以電位差作推動(dòng)力的。不管在陽(yáng)離子交換膜〔簡(jiǎn)稱(chēng)陽(yáng)膜〕、陰離子交換膜(簡(jiǎn)稱(chēng)陰膜)或溶液中，電流密度是一致的。在膜內(nèi)和在電解質(zhì)溶液中同樣依靠陰陽(yáng)離子的遷移來(lái)導(dǎo)電。但由于離子交換膜對(duì)離子具有選擇透過(guò)性,陽(yáng)離子在陽(yáng)膜中具有最大的遷移數(shù)(在溶液導(dǎo)電過(guò)程中，該種離子所分擔(dān)的份額〕，在溶液中次之，在陰膜中最??；陰離子那么相反。以陽(yáng)離子透過(guò)陽(yáng)膜為例，由電場(chǎng)引起的離子遷移通量在膜內(nèi)比在溶液中大。因此在膜前借濃差擴(kuò)散來(lái)補(bǔ)足送往膜面的離子通量，這樣便出現(xiàn)了離子的低濃區(qū)。在膜后借濃差擴(kuò)散來(lái)分擔(dān)送往液體主流的離子通量,因而出現(xiàn)了離子的高濃區(qū),總的情況是淡化室兩測(cè)的膜面出現(xiàn)溶質(zhì)的低濃區(qū)，在濃縮室兩側(cè)膜面出現(xiàn)溶質(zhì)的高濃區(qū)〕。低濃區(qū)導(dǎo)致膜面電阻的增大，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生水的電離，不僅降低了電流效率，而且酸度變化還會(huì)引起其他不良影響；高濃區(qū)那么導(dǎo)致沉淀析出，堵塞膜內(nèi)通道。

降低濃差極化以減少其不良影響的對(duì)策是：①合理的設(shè)計(jì)和操作,強(qiáng)化液體的湍動(dòng),以減小邊界層厚度；②限制操作壓力或電流，以免出現(xiàn)嚴(yán)重的極化現(xiàn)象。電滲析過(guò)程中的極化和結(jié)垢電滲析過(guò)程中的極化和結(jié)垢電滲析時(shí)，當(dāng)操作電流密度到達(dá)某一值時(shí)，除鹽室(淡室)膜液界面層附近的離子會(huì)迅速通過(guò)膜(因離子在膜內(nèi)的遷移數(shù)大)到濃室去，而溶液中的相應(yīng)離子來(lái)不及擴(kuò)散補(bǔ)充到界面(因離子在溶液中的遷移數(shù)小)，這樣造成了除鹽室膜液界面層離子的枯竭，離子的濃度到達(dá)了零，即到了所謂的臨界狀態(tài).我們稱(chēng)到達(dá)了臨界狀態(tài)時(shí)的電流密度為極限電流密度.當(dāng)操作電流密度超過(guò)了極限電流密度時(shí)，水分子將劈裂(即解離)成兩半，即H+和OH-離子而參與電流的傳送，這現(xiàn)象稱(chēng)為極化.電滲析過(guò)程的這種極化現(xiàn)象與電化學(xué)的電極濃差擴(kuò)散極化相類(lèi)似，因此可稱(chēng)為電滲析時(shí)離子交換膜的濃差極化.電滲析過(guò)程中的極化和結(jié)垢電滲析過(guò)程中的極化和結(jié)垢陰膜發(fā)生極化后的三個(gè)病癥：〔1〕設(shè)備電阻大大增加，電流降低，水道堵塞，出水水質(zhì)下降；〔2〕濃水室水的pH增加〔呈堿性〕，淡水室一側(cè)水的pH減小〔呈酸性〕；〔3〕局部電能消耗在與脫鹽無(wú)關(guān)的OH-的遷移上，電流效率下降電滲析過(guò)程中的極化和結(jié)垢防止及消除沉淀及結(jié)垢的方法主要有：〔1〕加強(qiáng)原預(yù)處理，除去原水中的懸浮固體、某些膠體物質(zhì)、有機(jī)雜質(zhì)，降低硬度；〔2〕工作電流要在極限電流以下運(yùn)行；〔3〕定時(shí)倒換電極，使?jié)?、淡水室相?yīng)地倒換，從而使沉淀溶解脫落；〔4〕定期酸洗；〔5〕向濃水和極水中加酸；〔6〕原水中加鈣、鎂離子的掩蔽劑；〔7〕采用脈沖電流可以減少沉淀；〔8〕采用新型膜或新型隔板結(jié)構(gòu)等電滲析的應(yīng)用〔1〕水的純化；〔2〕用海水、鹽泉鹵水制鹽；〔3〕醫(yī)藥、食品工業(yè)中的應(yīng)用〔除鹽、除酸、鹽變酸〕；〔4〕廢水處理；〔5〕離子膜電解〔如電解食鹽制氫氧化鈉〕電滲析的應(yīng)用電滲析的應(yīng)用EDI-ElectrodeionizationHighpuritywaterproductionhastraditionallyusedacombinationofmembraneseparationandionexchangeprocesses.EDIisaprocesswhichcombinessemi-impermeablemembranetechnologywithion-exchangemediatoprovideahighefficiencydemineralizationprocess.

Electrodialysisemployelectricalcurrentandspecially-preparedmembraneswhicharesemipermeabletoionsbasedontheircharge,electricalcurrent,andabilitytoreducetheionsbasedtotheircharge.Throughelectrodialysisanelectricalpotentialtransportsandsegregateschargedaqueousspecies.Theelectricalcurrentisusedtocontinuouslyregeneratetheresin,eliminatingtheneedforperiodicalregeneration.TheEDIprocessproducesindustrialprocesswaterofveryhighpurity,usinglessthan95%ofthechemicalproductsusedintheconventionalionexchangeprocesses.WithEDIsystemmembranesandelectricityreplacethemilliongallonsofacidandcausticchemicalsthattheoldprocessesrequireddaily.Howdoesitwork?

AnEDIstackhasthebasicstructureofadeionizationchamber.Thechambercontainsaionexchangeresin,packedbetweenacationicexchangemembraneandaanionicexchangemembrane.Onlytheionscanpassthroughthemembrane,thewaterisblocked.

Whenflowenterstheresinfilleddiluitingcompartment,severalprocessesaresetinmotion.Strongionsarescavengedoutofthefeedstreambythemixedbedresins.Undertheinfluenceofthestrongdirectcurrentfieldappliedacrossthestackofcomponents,chargedionsarepulledofftheresinanddrawntowardstherespective,oppositely-chargedelectrodes.Inthiswaythesechargedstrong-ionspeciesarecontinuouslyremovedandtransferredintotheadiacentconcentratingcompartments.

Astheionsgotowardsthemembrane,theycanpassthroughtheconcentrationchamber(seefigure)buttheycannotreachtheelectrode.Theyareblockedbythecontiguousmembrane,thatcontainsaresinwiththesamecharge.Asthestrongionsareremovedfromtheprocessstream,theconductivityofthestreambecomesquitelow.Thestrong,appliedelectricalpotentialsplitswateratthesurfaceoftheresinbeads,producinghydrogenandhydroxylions.Theseactascontinuousregeneratingagentsoftheion-exchangeresin.Theseregeneratedresinsallowionizationofneutralorweakly-ionizedaqueousspeciessuchascarbondioxideorsilica.Ionizationisfollowedbyremovalthroughthedirectcurrentandtheionexchangemembranes.Theionizationreactionsoccurringintheresininhydrogenorhydroxideformsfortheremovalofweaklyionizedcompoundsarelistedbelow:CO2+OH-==>HCO3-

HCO3-+OH-==>CO32-

SiO2+OH-==>HSiO3-

H3BO3+OH-==>B(OH)4-

NH3+H+==>NH4+ApplicationsEDIisusefulforanyapplicationthatrequiresconstantandeconomicremovalofwaterimpuritieswithoutusingdangerouschemical.Someexamplesare:ReuseofresidualwaterinfoodandbeveragesindustryChemicalproduction

Biotechnology

ElectronicsCosmetic

Laboratories

Pharmaceuticalindustry

BoilerFeedWaterReductionofionizableSiO2andTOC(totalorganiccarbon)AdvantagesAsasubstituteforthemoretraditionalion-exchangeprocess,EDIbringsadvancesinbothenergyandoperatingexpensestothehighpuritywatertreatmenttrain.Byeliminatingtheperiodicregenerationrequirementofionexchangeresin,environmentalbenefitsarealsorealizedbyavoidingthehandlingandprocessingofacidandcausticchemicalsbroughttothesite.SomeoftheadvantagesoftheEDIasopposedtotheconventionalsystemsofionicinterchangeare:Simpleandcontinuousoperation

Chemicalsforregenerationcompletelyeliminated

Costeffective