Elettrodialisi come funziona, vantaggi, svantaggi, usi

IL Elettrodialisi È il movimento ionico attraverso una membrana semipermeabile, guidata da una differenza di potenziale elettrica. Le membrane utilizzate nell'elettrodialisi hanno la proprietà di essere scambiatori di ioni per cationi o per anioni.

Le membrane di scambio cationico hanno carichi negativi: lasciano che i cationi passino e respingano gli anioni. Nel frattempo, le membrane di scambio anionico hanno una carica positiva: lasciano che gli anioni e respingono i cationi.

Schema di un pacchetto di cinque celle di elettrodialisi. Fonte: CommonShelper2 via Wikipedia.

Le telecamere o le celle di elettrodialisi sono organizzate in pacchetti con diverse membrane di scambio di anioni e cationici, che si alternano tra loro. Le membrane di scambio anionico e cationico delimitano gli spazi in cui vengono eseguiti i processi di diluizione e concentrazione dei liquidi.

La forza trainante dei flussi ionici che attraversa le membrane delle celle dell'elettrodialisi è una differenza nel potenziale elettrico tra un catodo e un anodo.

Nel frattempo, nell'osmosi inversa il flusso di acqua dal compartimento con la massima osmolarità al compartimento di osmolarità inferiore è dovuto ad un aumento della pressione idrostatica, causato dall'azione di una pompa.

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Come funziona nella diluizione dell'acqua?

Descrizione di un pacchetto di cinque celle di elettrodialisi

Nello schema mostrato (immagine superiore) è indicata la posizione di sei membrane di scambio ionico: tre scambi di cationi e tre scambi di anioni, che sono intervallati tra loro. Queste membrane delimitano cinque compartimenti in cui circolano i liquidi coinvolti nell'elettrodialisi (vedi frecce rosse e bluastre).

Le membrane di scambio anionico sono caricate positivamente, apparendo nello schema blu colorato. Questi lasciano passare gli anioni e respingere i cationi per la repulsione elettrostatica.

Le membrane di scambio cationico, mentre hanno un carico negativo, che indicano nello schema verde. Sono attraversati dai cationi, tuttavia respingono gli anioni.

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Entrambi i tipi di membrane sono impermeabili per l'acqua. Lo schema mostra due spazi in cui si verifica una diluizione del contenuto salino dell'acqua. Nello schema i flussi acquosi di entrata e uscita di questi spazi sono indicati in blu, identificati come corrente D.

Nel frattempo, ci sono tre spazi in cui l'acqua circola con un alto contenuto salino, essendo identificato rosso. I flussi di reddito e di uscita a questi compartimenti sono indicati nello schema come corrente c.

Allo stesso modo, gli compartimenti anodo (+) e catodo (-) sono indicati nello schema, attraverso il quale la corrente e.

Funzionamento dell'elettrodialisi

I cationi sono attratti dal carico del catodo (-), mentre respingono l'anodo (+). Gli anioni sono attratti dal carico dell'anodo (+) e respinti dal carico del catodo (-).

L'osservazione, ad esempio, delle cellule tre, quattro e cinque, indica quanto segue: nelle cellule tre e cinque circolano liquido concentrato, mentre nella cellula quattro liquidi circola.

Lo ione cl^- del compartimento quattro è attratto dal carico dell'anodo e attraversa la membrana di scambio anionico che la separa dal compartimento cinque.

Nel frattempo, lo ione Na⁺ del compartimento cinque è respinto dal carico positivo dell'anodo, ma incapace di entrare nel compartimento quattro. Questo perché la membrana che separa i compartimenti quattro e cinque è di scambio anionico, quindi respinge i cationi.

D'altra parte, il NA⁺ del compartimento quattro viene respinto dall'anodo (+) e attraversa la membrana di scambio cationico (-) che la separa dal compartimento tre.

In sintesi: concentrazione di NA⁺ e cl^- Quattro compartimenti tende a diminuire. Quindi, la concentrazione salina diminuisce nei compartimenti di diluizione e aumentano i compartimenti di concentrazione.

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Vantaggi e svantaggi

Vantaggi

-L'elettrodialisi è un funzionamento semplice e continuo.

-Il trattamento chimico non è necessario per rigenerare le membrane di scambio.

-Vi è un basso costo di funzionamento e manutenzione, che richiede poco spazio per il suo funzionamento.

Svantaggi

-Le particelle con un diametro maggiore di 1 µm possono ostruire le membrane di scambio ionico.

-Non è consigliabile utilizzare l'acqua con una durezza maggiore di 1, poiché il carbonato di calcio crea una crosta nelle cellule concentrate.

-Richiede un trattamento di eliminazione dell'anidride carbonica (CO₂), poiché questo quando il dissociazione può modificare la conduttività dell'acqua.

Differenza tra dialisi ed elettrodialisi

La dialisi è il flusso d'acqua attraverso una membrana semipermeabile del compartimento di osmolarità più piccola al compartimento di osmolarità maggiore. Il compartimento con meno osmolarità ha una maggiore concentrazione di molecole d'acqua.

Per questo motivo, i flussi d'acqua, a favore del suo gradiente di concentrazione, del compartimento con minore osmolarità al compartimento con maggiore osmolarità.

L'elettrodialisi, d'altra parte, è un flusso di ioni attraverso una membrana di scambio ionico che lascia passare o meno agli ioni, a seconda della sua carica elettrica. La forza trainante del movimento ionico è una differenza nel potenziale elettrico.

A differenza della dialisi, nell'elettrodialisi non c'è flusso d'acqua attraverso le membrane e c'è solo un flusso ionico.

Applicazioni di elettrodialisi

Demineralizzazione dell'acqua

Ci sono piante di elettrodialisi che elaborano l'acqua con sali alti per produrre acqua potabile. L'elettrodialisi viene anche utilizzata per elaborare le acque reflue dall'uso domestico e industriale, allo scopo di renderle adatte al consumo successivo.

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In particolare, l'elettrodialisi viene utilizzata nel recupero di metalli preziosi presenti nelle acque dell'effluente delle industrie. Viene anche usato nella rimozione di sali e soluzioni acide e nella separazione dei composti ionici di molecole neutre.

Industria alimentare

Sebbene l'elettrodialisi sia utilizzata nell'industria farmaceutica, nei cosmetici e in altri settori, il suo uso più diffuso è nel settore alimentare. Tra una qualsiasi delle tue applicazioni possiamo menzionare quanto segue:

-Smineralizzazione di siero e melassa

-Stabilizzazione dell'acido tartarico di vino

-Diminuzione dell'acidità dei succhi di frutta

-Produzione di proteine ​​vegetali isolate

-Fallimento delle proteine ​​sieriche

-Demineralizzazione di oli di soia e pesce

-Eliminazione di ioni alcalini di barbabietola e melassa di canna

-Trattamento dei rifiuti di mare

-Demineralizzazione dell'uva e succo di patate

-Concentrazione e recupero degli acidi organici

-Produzione di proteine ​​di soia

-Arricchimento antiossidante

Riferimenti

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