Electrodiálisis con Membranas Bipolares (EDBM)

Introducción

El aspecto básico de la electrodiálisis con membranas bipolares (EDBM) es la combinación de la electrodiálisis para la separación de sales con la disociación del agua de electrodiálisis para la conversión de una sal en su correspondiente ácido y base. Las membranas bipolares mejoran la separación del agua en protones e iones de hidróxido.

Fig.1, Descripción caja negra del proceso de EDBM

Las membranas bipolares son un tipo especial de membrana de intercambio iónico en capas (IX) donde las dos capas de polímero, una es solo permeable a los aniones y la otra solo a los cationes. A diferencia de los procesos de membrana, la EBM no se aplica con fines de separación, sino para obtener una reacción en la unión bipolar de la membrana donde el anión y las capas permeables a los cationes están en contacto directo.

Los principales requisitos para una membrana bipolar son:

1. Excelente estabilidad a largo plazo
2. Una caída pasiva baja del potencial
3. Una tasa de división del agua alta
4. Alta permeo selectividad
5. Además de una buena estabilidad mecánica

El agua se divide en iones de hidróxido y protones. El ion de hidróxido y el protón producidos son separados por la migración en la respectiva capa de la membrana fuera de la membrana.

2H₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

A diferencia del agua que se divide en los electrodos durante la electrólisis, no se forman gases como producto secundario de esta reacción, ni se utilizan gases. La electrodiálisis con membranas bipolares (EDBM) puede reemplazar la electrólisis con la división del agua en los electrodos y también puede tener una variedad más amplia de aplicaciones.

Fig.1, Proceso esquemático de la división de iones de sal aplicando membranas bipolares a sus correspondientes ácidos y bases.

The potential difference needed for the electrodialytical production of one-molar solutions is 0.83 V which is equivalent to an energy consumption of 22 Wh. In contrast, the electrolytical production of a theoretical drop in potential is equivalent to an energy consumption of 55 Wh. Further advantages of bipolar membrane technology include the comparatively simple apparatus configuration, the option of a stack-like set-up as well as the low investment costs.

Especially the potential to split water without having reactive gases involved made it a promising technology already fifteen to twenty years ago.

1. Características de la EDBM
2. Divide el agua en ácido (H＋) y álcali (OH－) con un voltaje relativamente bajo.
3. Debido a la ausencia de reacción del electrodo, no tiene lugar ninguna reacción de oxidación-reducción. Por lo tanto, no habrá ningún subproducto.
4. Produce ácido y álcali a partir de sal inorgánica y sal de ácido orgánico en un solo proceso.
5. Controla la tasa de concentración de ácido y álcali.
6. A diferencia del procesamiento electrolítico, no se requieren electrodos para cada celda y, por lo tanto, se generan menos gases.
7. Genera menos solución de desperdicio.
8. Puede soportar operaciones continuas durante un tiempo prolongado, ya que no se requiere ningún proceso de regeneración como es en el caso del proceso de resina de intercambio iónico. 

3. Ejemplos de aplicaciones de la EDBM

1. ・Producción de ácido orgánico a partir de la sal de ácido orgánico.
2. ・Producción de aminoácidos a partir de la sal de aminoácidos.
3. ・Producción de ácido y álcali a partir de una solución residual con sal.
4. ・Producción de ácido y álcali a partir de sal inorgánica.

Fig. 2, Ejemplos de producción con EDMB