الکترودیالیز

الکترودیالیز

الکترودیالیز

کمبود آب در جهان به علت رشد سریع جمعیت و اقتصاد، یکی از دغدغه‌های مهم افراد ساکن بر کره زمین به حساب می‌آید. علی رغم وجود آب بر روی سطح کره زمین تنها 0.8% از کل آب موجود به صورت آب قابل شرب در دسترس است. به توجه به اهمیت آب در زندگی و منابع محدود آبی در جهان، نمک زدایی از آب بیش از بیش حائز اهمیت می باشد. نمک زدایی یکی از راه های تصفیه آب است که استفاده از آب های شور را میسر می سازد. در چند سال اخیر روش های تصفیه متعددی با تمرکز بر به جداقل رساندن پساب حاصل، گسترش یافته است اما همچنان کاهش مصرف انرژی و هزینه های پیدایش تکنولوژی های نمک زدایی به عنوان یک چالش مطرح می باشد. در کل تکنولوژی های نمک زدایی به دو مکانیزم جداسازی مختلف حرارتی و غشایی دسته بندی می گردند. تکنولوژی های غشایی با توجه به هزینه های کمتر و عدم تاثیر بر کیفیت محصولات به خصوص در تصفیه آب ها و پساب ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

الکترودیالیز یکی از روش های غشایی نمک زدایی می باشد که به علت مصرف انرژی کمتر در قیاس با روش های گرمایی، روشی مطلوب به شمار می رود. این فرایند یک تکنیک الکتروشیمیایی را ارائه می دهد که بر اساس آن الودگی های یونی از محلول آبی حذف می گردند. بر اساس این روش دو جریان جدید تولید می شود که یکی از آن ها جریان شور است که می تواند به سیکل الکترودیالیز و یا فرایند های صنعتی بازگردانده شود و دیگری جریان تقریبا آب شیرین می باشد.

الکترودیالیز (ED) از جریان الکتریکی مستقیم جهت حذف نمک‌ها و دیگر گونه‌های یونی از طریق غشاهای انتخاب‌پذیر آنیونی و کاتیونی استفاده می‌نماید. قاعده کلی الکترودیالیز در شکل 1 نشان داده شده است که یک شماتیک از آرایش معمول پیل‌های الکترودیالیز شامل یک سری از غشاهای انتخاب‌پذیر آنیونی و کاتیونی در یک الگو متناوب میان یک آند و کاتد جهت تشکیل پیل‌های منحصر به فرد می‌باشد. نیروی محرکه برای انتقال یون در فرایند الکترودیالیز، پتانسیل الکتریکی اعمال شده میان آند و کاتد می‌باشد. هنگامی که یک میدان الکتریکی توسط الکترودها اعمال می‌شود، آند به طور مثبت و کاتد به طور منفی شارژ می‌گردند. میدان الکتریکی اعمال شده سبب مهاجرت یون‌های مثبت (کاتیون‌ها) به کاتد و یون‌های منفی (آنیون‌ها) به آند می‌گردد. در حین فرایند مهاجرت، آنیون‌ها از غشاهای انتخاب پذیر آنیونی گذر می‌کنند اما توسط غشاهای انتخاب‌پذیر کاتیونی بازگردانده می‌شوند؛ عملی مشابه توسط کاتیون‌ها نیز رخ می‌دهد. نتیجه‌ی کلی، افزایش همزمان غلظت یون در بخش‌های متناوب و تهی شدن در دیگر بخش‌ها می‌باشد. در انتها، محلول تهی شده به عنوان رقیق و محلول‌های تغلیظ شده به عنوان آب شور یا غلیظ شناخته می‌شوند.

 

شکل1 قاعده کلی فرايند نمک زدايی به روش الکترودياليز

 

شکل2شماتيکی از يک پيل الکترودياليز

یک سلول الکترودیالیز ساده شامل (i) یک بخش رقیق (ii) یک بخش غلیظ و (iii) یک بخش الکترود می‌باشد. یک جریان رقیق (D) (که نمک از آن جدا گردیده است)، یک جریان غلیظ یا آب شور (که نمک در آن تغلیظ شده است) و یک جریان الکترود (که فرایندهای الکترود در آن اتفاق می‌افتد) از طریق بخش های سلول مناسب که توسط جفت غشاهای انتخاب‌پذیر کاتیونی و آنیونی تشکیل شده‌اند، اجازه جریان پیدا می‌نمایند. جهت طراحی یک استک الکترودیالیز، پارامترهای متعددی از قبیل ساختار محفظه و نگهدارنده، نوع غشا و الکترودها،  شرایط عملیاتی، شدت و ولتاژ اعمال شده، غلظت ورودی، نرخ جریان و غیره باید لحاظ گردند.

الکترودیالیز به طور وسیع در نمک زدایی آب های شور مورد استفاده قرار می گیرد اما در زمینه های دیگری نیز از قبیل صنایع گوناگون(تولید آب ورودی بویلرها)، صنایع دارویی(تصفیه و نمک زدایی از داروهای حساس به دما)، صنابع غذایی و ... قابل استفاده می باشد. کشورهای کویت و ژاپن از این روش برای تولید نمک NaClاز آب دریا نیز استفاده می نمایند.