Процессы биполярного электродиализа и их практическое применение

Компания «Мембранинес Технологиос ЛТ» предлагает современную технологию с применением процесса биполярного электродиализа – получение кислот и щелочей из водных растворов солей, а также безреагентную корректировку рН перерабатываемых технологических растворов.

Сущность предлагаемой технологии получения кислот и щелочей основана на способности биполярных мембран эффективно разлагать воду на ионы водорода H+ и гидроокиси OH- под действием постоянного тока, которые переносятся затем через катионообменные и анионообменные слои, формирующие биполярные мембраны, в примыкающие с двух сторон кислотные и щелочные камеры. В трехпоточном электромембранном аппарате по обеим сторонам от биполярной мембраны дополнительно располагаются соответственно катионообменные и анионообменные мембраны, способные выборочно перемещать через себя заряженные частицы и таким образом выполнять функции разделения и концентрирования. Катионитовые мембраны содержат фиксированные отрицательные заряды, которые позволяют перемещать положительно заряженные ионы (катионы) такие, как Na+ или Са+, пропуская их через себя, одновременно отталкивая отрицательно заряженные ионы. Соответствующим образом анионитовые мембраны содержат положительные заряды, которые позволяют перемещать отрицательно заряженные ионы (анионы), такие как F-, SO4-, Cl- или NO3-, пропуская их через себя и отталкивая положительно заряженные ионы. Комбинация ионообменных мембран и биполярных мембран позволяет осуществить уникальный процесс расщепления диссоциированных в воде солей. Например, пропуская по рабочему тракту солевой раствор NaCl через трехпоточный мембранный пакет с подачей на электроды аппарата постоянного электрического тока, на выходе получают щелочь и кислоту, в данном случае - NaOH и HCl. Аналогичным образом может происходить расщепление KF, KNO3, NH4Cl, Na2SO4, KCl и т.п., а также органических солей.

При безреагентной корректировке рН рабочего раствора в целях его повышения, применяется двухпоточный вариант сборки мембранного пакета, включающий в себя анионообменные и биполярные мембраны. При подаче на аппарат электрического тока, из рабочего раствора в смежный тракт выделяется кислота (или смеси кислот), а в рабочем тракте происходит повышение рН за счет увеличения в нем количества ионов гидроокиси OH-.

При безреагентной корректировке рН рабочего раствора в целях его понижения, применяется двухпоточный вариант сборки мембранного пакета, включающий в себя катионообменные и биполярные мембраны. При подаче на аппарат электрического тока, из рабочего раствора в смежный тракт выделяется щелочь (или смеси щелочей), а в рабочем тракте происходит понижение рН за счет увеличения в нем количества ионов водорода H+.

Технология реализована с применением электромембранных аппаратов нового типа, разработанных в компании ЗАО «Мембранинес Технологиос ЛТ» для биотехнологического предприятия, и прошла продолжительную опытную апробацию по следующим направлениям (на реальных технологических растворах):

- конверсия водного раствора хлорида натрия NaCl - с получением кислоты HCl и щелочи NaOH, с концентрацией до 18-20% и 12-16% соответственно;

- переработка продуктов брожения сахаристых веществ, содержащих лактат натрия – выделение молочной кислоты с выходом 96-98% по продукту;

- переработка отхода гальванического производства (кислого травильного раствора) – выделение соляной кислоты с концентрацией 9-10% с одновременным повышением рН в перерабатываемом растворе (возврат кислоты в производство и снижение издержек на последующую утилизацию остающегося отхода);

- корректировка рН раствора (удаление избыточной смеси кислот из промежуточного технологического раствора) – повышение рН рабочего раствора от 2,8 до 9.2;

- корректировка рН рабочего раствора – понижение рН рабочего раствора от 8.5 до 2.0.

Наиболее перспективными и близкими к реальному промышленному использованию представляются следующие области применения биполярного электродиализа в различных комбинациях сборки биполярных и ионообменных мембран в электромембранных аппаратах:

- конверсия водных растворов солей в целях получения кислотно-солевых и щелочно-солевых растворов, используемых для: регенерации ионообменных смол на установках водоподготовки в энергетике; регенерации и антисептической обработки оборудования в молочной и пищевой промышленности;

- переработка формиата натрия HCO2Na в целях получения щелочи NaOH и муравьиной кислоты HCOOH в химической промышленности;

- выделение органических кислот из растворов, образующихся при ферментативных процессах в биотехнологии, например – молочной и лимонной кислоты;

- производство гликолевой кислоты C2H4O3 из гликолята натрия NaC2H3O3;

- коррекция рН фруктовых соков, молочной сыворотки и сыворотки, образующейся при переработке сыров, творога и сои в пищевой промышленности;

- коррекции рН иных промежуточных технологических растворов в химической и биотехнологической промышленности.

Применение технологии биполярного электродиализа показывают ее эффективность, простоту и надежность при минимальных эксплуатационных расходах. Одновременно решается ряд экологических проблем, поскольку технология является безреагентной и для обеспечения процесса требуется только электроэнергия.