Membranas compostas contendo nanopartículas de trocadores de íons inorgânicos para dessalinização eletrodialítica de glicerol

Resumo

Membranas compostas foram obtidas por modificação de cátions de polímero heterogêneo e membranas de troca aniônica com nanopartículas de hidrofosfato de zircônio e dióxido de zircônio hidratado, respectivamente. Os materiais de troca iônica foram investigados com os métodos de microscopia eletrônica, potenciometria, voltametria e espectroscopia de impedância. Nanopartículas isoladas, que foram precipitadas em meio aquoso, formam agregados, quando os compósitos entram em contato com o solvente orgânico polar. As nanopartículas individuais (até 10 nm) e seus agregados (até 200 nm) foram precipitados em polímeros de troca iônica em meio de glicerol. Nanopartículas não agregadas melhoram a condutividade elétrica dos materiais de troca iônica, os agregados são barreiras contra a incrustação. As membranas foram aplicadas para a remoção de NaCl de uma mistura altamente concentrada de glicerina-água contendo aditivos orgânicos (subproduto da produção de biodiesel). Ao contrário dos materiais originais, os compostos demonstram estabilidade contra incrustações.

Histórico

A eletrodiálise é aplicada como solução para diversos problemas:tratamento e condicionamento da água [1], principalmente remoção de componentes iônicos tóxicos das águas subterrâneas [2,3,4] ou preparação de água de resíduos líquidos da indústria de laticínios para lavagem de equipamentos [ 5], processamento de concentrado de osmose reversa [6], ou resíduos secundários após regeneração do sorvente [7], dessalinização de concentrado de proteína [8], produção de ácidos orgânicos [9] e muitas outras tarefas práticas.

Um problema prático muito importante é o processamento de soluções não aquosas, por exemplo, o glicerol, que é formado como subproduto durante a produção de biodiesel [10]. O glicerol pode ser posteriormente utilizado para a síntese de diidroxiacetona, succínico, propiônico, ácido cítrico, pigmentos, etc. [11], para a produção de gás sintético [12] e até mesmo como combustível [13]. No entanto, a dessalinização profunda preliminar é necessária, uma vez que o glicerol produzido dessa maneira contém uma grande quantidade de componentes minerais (principalmente NaCl). O método de purificação mais comum é a destilação que consome muita energia [14]. A troca iônica [15], bem como a osmose reversa [16], podem ser aplicadas apenas a soluções ligeiramente mineralizadas. A ultrafiltração, que foi proposta para a remoção da palma e do ácido oleico do glicerol [17], não pode ser aplicada à dessalinização.

Espera-se que a eletrodiálise seja o método mais adequado para a dessalinização do glicerol, uma vez que o processo pode ser usado para a remoção de íons inorgânicos de soluções de amplo intervalo de concentração [18, 19]. A eletrodiálise bipolar foi desenvolvida anteriormente para a dessalinização do glicerol:o grau de desmineralização acima de 80% foi alcançado com perdas de glicerol abaixo de 2% [18]. Tradicionalmente, as membranas de troca iônica de polímero são usadas para eletrodiálise [20]. No caso do glicerol bruto, que contém grande quantidade de aditivos orgânicos, é esperado o entupimento das membranas poliméricas [21,22,23].

No caso de materiais para separação de baromembrana, modificação das membranas com nanopartículas inorgânicas (SiO ₂ [24], Fe ₂ O ₃ [25], ZrO ₂ [26, 27], TiO ₂ [28], o hidrofosfato de zircônio [29]) fornece sua estabilidade contra incrustação com produtos orgânicos. Abordagem semelhante foi aplicada a membranas de troca iônica para células a combustível [30,31,32]. As funções do modificador inorgânico são aumentar a condutividade de prótons das membranas e prevenir sua desidratação sob alta temperatura. Nos últimos anos, as membranas orgânico-inorgânicas para eletrodiálise foram investigadas [33,34,35,36,37]. Nanopartículas de trocador de íons inorgânicos transformam mesmo polímero inerte em membrana de troca iônica [35], é semelhante às membranas cerâmicas [38,39,40]. No entanto, as membranas de troca iônica de polímero são envenenadas com solventes orgânicos [41, 42]:a reorganização de sua estrutura porosa resulta na deterioração das propriedades funcionais, por exemplo, aumenta o cruzamento de metanol [42]. Isso, sem dúvida, influencia a localização das partículas inorgânicas, que devem ser não agregadas para fornecer alta taxa de transporte de íons [43, 44].

O objetivo do trabalho era obter membranas orgânico-inorgânicas para dessalinização de soluções não aquosas, que combinassem estrutura estável nesses meios, alta seletividade de carga, considerável condutividade elétrica e estabilidade contra incrustação com orgânicos. A tarefa do trabalho é o desenvolvimento de métodos de modificação utilizando resinas de troca iônica como matrizes poliméricas modelo, uma vez que esses materiais são utilizados para preparação de membranas heterogêneas. Outros problemas são a aplicação da técnica de modificação à preparação da membrana, a investigação da morfologia e propriedades funcionais dos materiais compósitos, o teste das membranas no processo de dessalinização do glicerol bruto.

O dióxido de zircônio hidratado (HZD) foi usado como um modificador da membrana de troca aniônica. Este trocador de íons demonstra capacidade de troca de ânions em meio ácido e neutro [45]. Hidrofosfato de zircônio amorfo (ZHP) foi aplicado para modificação de membranas de troca catiônica. Este trocador de íons inorgânicos possui alta capacidade de troca, é quimicamente estável e não requer reagentes químicos caros para a síntese.

Experimental

Soluções para eletrodiálise

O efluente obtido durante a produção de biodiesel (destilaria Trostyanetz de "Ukrspirt State Comrany", Ucrânia) foi aplicado nas investigações. Esta solução à base de glicerol continha água (10% em massa), impurezas orgânicas (8% em massa) e 1000 mol m ⁻³ NaCl. Soluções aquosas de NaCl também foram usadas para medições potenciométricas e de impedância.

Modificação de resinas de troca iônica

As resinas granuladas do tipo gel de poliestireno-divinilbenzeno, nomeadamente, Dowex HCR-S (permutador catiónico fortemente ácido) e Dowex Marathon A (permutador aniónico fortemente básico), que foram produzidas pela empresa Dow Chemical, foram pesquisadas preliminarmente. Foi necessário para investigações dos compósitos com microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e para a escolha do método de modificação mais adequado. O trocador de cátions e o trocador de ânions foram modificados com ZHP e HZD, respectivamente.

A primeira série de amostras foi preparada de acordo com as seguintes etapas:(i) impregnação da resina com água, (ii) impregnação da resina úmida com um ZrOCl 1 M ₂ solução por 24 h a 298 K (uma razão de volumes da resina e solução foi 1:20), (iii) lavagem da resina com uma solução de HCl (10 mol m ⁻³ ) até pH constante do efluente (cerca de 2) para remover o eletrólito adicionalmente absorvido tão completamente quanto possível, (iv) tratamento da resina com 1 M H ₃ PO ₄ solução a 298 K (a relação entre os volumes da resina e da solução foi de 1:10) seguida de lavagem com água deionizada até a reação neutra do efluente, (v) tratamento com ultrassom a 30 kHz por meio de Bandelina dispositivo ( Bandelin , Hungria) a fim de limpar a superfície externa dos grânulos, e (vi) tratamento com glicerol seguido de lavagem com água desionizada e secagem em um dessecador sobre CaCl ₂ à temperatura ambiente até a massa constante. Após a etapa (v), uma parte da resina foi retirada e seca no dessecador.

Em relação ao trocador aniônico, o procedimento de modificação foi semelhante. No entanto, uma solução mista (1 M ZrOCl ₂ e 7 M HCl) foi usado para impregnação de resina (etapa ii), 7 M HCl foi usado para lavagem até o desaparecimento da turbidez do efluente após a neutralização (etapa iii). O constituinte inorgânico foi precipitado com um 1 M NH ₄ Solução OH (estágio iv).

A segunda série de amostras foi preparada de forma semelhante; no entanto, um ZrOCl 0,1 M ₂ solução em glicerol foi usada para a impregnação da resina. Soluções de H ₃ PO ₄ ou NH ₄ OH em glicerol foram usados para precipitação de ZHP ou HZD, respectivamente.

Modificação de membranas de troca iônica

Membranas heterogêneas de troca catiônica CMI 7000 (CM) e AMI 7000 troca aniônica (AM) ( Membrane International ), uma espessura da qual em um estado de dilatação é de cerca de 600 μm, foram investigadas. As membranas foram modificadas com HZP e HZD, respectivamente. O procedimento de modificação foi semelhante ao descrito acima para a segunda série de amostras. Após a última secagem, as membranas foram pesadas.

SEM e TEM

As investigações das membranas com um método de microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram fornecidas por meio de JEOL JSM 6700 F e JEOL JFC-1600 microscópios ( JEOL, Japão). Preliminarmente, uma camada de platina foi depositada na amostra a 3 Pa usando um revestidor fino JEOL JFC-1600 Auto (JEOL, Japão). A JEOL JEM 1230 microscópio eletrônico de transmissão (JEOL, Japão) foi aplicado a resinas de troca iônica trituradas. Antes das investigações, tanto as membranas quanto as resinas eram tratadas com ultrassom.

Investigação de transporte de íons

Célula dividida de dois compartimentos fornecida por eletrodos Ag / AgCl foi usada para medições potenciométricas, que foram realizadas por meio de um SCH-1312 voltímetro (Analitpribor, Ucrânia). Os compartimentos celulares foram preenchidos com soluções aquosas de NaCl (0,5 e 1 M) de forma semelhante a [46, 47].

A resistência elétrica das membranas foi medida usando uma célula de dois compartimentos fornecida com eletrodos de platina. Soluções aquosas de NaCl encheram a célula. As medições foram realizadas usando um sistema de impedância Autolab em 1 × 10 ⁻² - 1 × 10 ⁶ Hz. A resistência da célula foi determinada como um amplo platô de dependência da freqüência da parte real da impedância. A resistência da membrana foi calculada como a diferença entre as resistências da célula com e sem membrana [47, 48]. Para comparação, a condutividade elétrica das formas H– (OH) das resinas de troca iônica foi medida de forma semelhante a [43, 44]. Água desionizada foi usada como meio não condutor.

As medições voltamétricas foram fornecidas de acordo com o esquema de quatro eletrodos, semelhante a [46]. O esquema envolveu célula dividida em dois compartimentos, dois eletrodos de trabalho de platina, que foram conectados com um IPPT 65-49 fornecedor de energia ( Ukrrospribor LTD , Ucrânia) e um SCH-4311 amperímetro ( Analitprobor , Ucrânia). Dois eletrodos Ag / AgCl foram conectados a um voltímetro. Os eletrodos de referência foram fornecidos com capilares Luggin.

Todos os experimentos foram realizados a 298 K.

Eletrodiálise de solução de glicerol

A configuração experimental envolveu célula de sete compartimentos, três linhas de líquido independentes, fornecedor de energia e instrumentos de medição mencionados acima (Fig. 1). As câmaras de dessalinização continham uma grade para turbulização do fluxo. Uma área de membrana efetiva era de 30 cm ² (30 cm × 1 cm), a distância entre as membranas foi de 4 mm, a área da seção transversal de cada compartimento foi de 0,4 cm ² . As membranas compostas foram colocadas entre os compartimentos de dessalinização e concentração, outras membranas eram imaculadas. Para efeito de comparação, o processo de separação foi realizado usando apenas membranas puras entre todos os compartimentos.

Configuração experimental para eletrodiálise de glicerol. Seções I e VII são os compartimentos do eletrodo; II , IV e VI são os compartimentos de concentração; III e V são os compartimentos de dessalinização

Uma solução de glicerol (200 cm ³ ) passou pelos compartimentos de dessalinização de acordo com a operação cíclica. Uma solução de NaCl, cuja concentração inicial era de 0,01 M (200 dm ³ ) circulou através dos compartimentos de concentração. A 0,05 M Na ₂ SO ₄ solução foi passada através dos compartimentos do eletrodo.

Resultados

Agregação de nanopartículas dentro da matriz de polímero

A localização das partículas inorgânicas dentro dos trocadores de íons de polímero é determinada pela estrutura porosa desses materiais em um estado dilatado. A estrutura é conhecida por incluir regiões semelhantes a gel, onde aglomerados nanométricos (até 20 nm [36, 43, 44, 46, 49,50,51]) e canais mais estreitos entre eles estão localizados (estrutura de canal de cluster de íon polímero - materiais de troca são descritos em detalhes em [49,50,51]). Clusters e canais, que contêm grupos funcionais, são considerados como poros de transporte. Campos hidrofóbicos de cadeias de hidrocarbonetos são colocados em espaços vazios entre os campos de gel. Poros de tamanho de mícron estão relacionados a defeitos estruturais e vazios entre o trocador de íons e o ligante (para membranas heterogêneas).

A visualização de nanopartículas inorgânicas não agregadas é possível apenas para resinas:seus grãos podem ser triturados com relativa facilidade em seu tamanho, o que nos permite obter imagens TEM. As fotos do trocador de cátions orgânico-inorgânico da primeira série antes e após o tratamento com glicerol (ou seja, após os estágios de modificação v e vi) são fornecidas na Fig. 2. Nanopartículas de ZHP globulares não agregadas (4-20 nm) podem ser visto, os agregados estavam praticamente ausentes. Nanopartículas de HZD não agregadas também foram encontradas no trocador de ânions. As nanopartículas são evidentemente colocadas dentro de aglomerados e canais e estabilizadas por suas paredes.

Imagens TEM de ZHP ( a , b ) e HZD c nanopartículas no cátion ( a , b ) e ânion ( c ) trocadores da série 1 antes ( a , c ) e depois ( b ) tratamento com glicerol. Nanopartículas não agregadas ( a , c ) e seus agregados ( b ) são vistos

Após tratamento com solvente orgânico, nenhuma nanopartícula foi encontrada. Eles formam agregados (≈100 nm), que estão evidentemente localizados fora dos poros de transporte. A agregação é provavelmente devido à reorganização do cluster causada pela adsorção de solvente orgânico [42]. Além disso, a reorganização pode ser causada pela menor permissividade dielétrica do glicerol em comparação com a água. Isso aumenta a repulsão de contra-íons de grupos funcionais. Como resultado da reorganização, as nanopartículas deixam os poros de transporte e formam agregados fora deles.

Nanopartículas de ZHP não agregadas (2–10 nm), que foram precipitadas da solução de glicerol, são vistas na amostra da segunda série (Fig. 3). Partículas maiores (até 300 nm) também são visíveis na imagem com resolução menor. Essas partículas são evidentemente relacionadas a agregados, que são evidentemente colocados em vazios entre regiões de gel.

Imagens TEM de trocador de cátions da segunda série. Nanopartículas de ZHP ( a ) e partículas maiores, cujo tamanho é 100–300 nm ( b ), são visíveis

Regularidades semelhantes de formação de nanopartículas são evidentemente características das membranas. Conforme constatado, o teor de massa de ZHP e HZD nas membranas era de 4,5 e 3,9%, respectivamente. Após o tratamento com glicerol, pequenos agregados (até 300 nm) foram encontrados dentro do constituinte de troca iônica das membranas (Fig. 4). Esses agregados estão evidentemente localizados nos vazios entre as regiões de gel. Não foram encontradas partículas grandes, cujo tamanho é comparável aos poros entre o polímero de troca iônica e o ligante (Fig. 4).

Imagens de SEM de seção transversal de membrana de troca catiônica composta. Pequenos agregados de nanopartículas de ZHP são vistos ( a ), nenhuma partícula é vista em poros grandes ( b )

Condutividade elétrica e seletividade de carga das membranas

O logaritmo da condutividade elétrica específica das membranas \ (\ left (\ log \ overline {\ kappa} \ right) \) é plotado na Fig. 5 vs condutividade da solução aquosa de NaCl ( κ ) Como visto, a redução da concentração da solução causa uma diminuição dos valores de \ (\ overline {\ kappa} \) devido à diminuição do conteúdo de eletrólito adicionalmente sorvido (contador e co-íons). O eletrólito preenche os poros, que não contêm grupos funcionais. A magnitude \ (\ overline {\ kappa} \) envolve o transporte de íons através de aglomerados e canais. Quando as partes de difusão das camadas duplas elétricas não são sobrepostas, esse transporte se deve à condutividade da superfície e do fluido.

Logaritmo da condutividade da membrana vs condutividade da solução aquosa externa de NaCl

No caso de membrana de troca catiônica impregnada com uma solução, sua condutividade é determinada da seguinte forma:
$$ \ overline {\ kappa} =F \ left ({z} _ {+} {\ overline {u}} _ {+} ^ {/} {\ overline {C}} _ {+} ^ {/} + {z} _ {+} {\ overline {u}} _ {+} ^ {//} {\ overline {C}} ^ {//} + {z} _ {-} {\ overline {u} } _ {-} ^ {//} {\ overline {C}} ^ {//} \ right). $$ (1)
Aqui, F é a constante de Faraday, z é o número da cobrança, ū é a mobilidade e \ (\ overline {C} \) é a concentração, “+” e “-” os subscritos correspondem a cátions e ânions, respectivamente, “^/ ”Sobrescrito está relacionado a contra-íons em clusters e canais,“ ^// ”O índice é atribuído ao contador e co-íons nos poros, que são livres de grupos funcionais. Nas condições de \ ({z} _ {+} {\ overline {u}} _ {+} ^ {/} {\ overline {C}} _ {+} ^ {/} <<{\ overline {C }} ^ {//} \ left ({z} _ {+} {\ overline {u}} _ {+} ^ {//} + {z} _ {-} {\ overline {u}} _ { -} ^ {//} \ right) \), a concentração de espécies fora dos clusters e canais pode ser determinada como \ ({\ overline {C}} ^ {//} =\ frac {\ overline {\ kappa}} {z _ {+} {\ overline {u}} _ {+} ^ {//} + {z} _ {-} {\ overline {u}} _ {-} ^ {//}} \). Aqui \ ({\ overline {u}} _ {+} ^ {//} \) e \ ({\ overline {u}} _ {-} ^ {//} \) são considerados iguais à mobilidade de espécies em solução externa.

As dependências de \ (\ frac {{\ overline {C}} ^ {.//}} {C} \) em C (onde C é a concentração da solução externa) são mostrados na Fig. 6. Essa razão aumenta na região de baixa concentração devido à depressão da condutividade da superfície através dos aglomerados. Além disso, a proporção atinge valores aproximadamente constantes. O platô corresponde ao intervalo de concentração, no qual a condutividade é determinada principalmente pelo eletrólito adicionalmente sorvido.

Razão de \ (\ frac {{\ overline {C}} ^ {.//}} {C} \) em função da concentração da solução externa

Extrapolação da curva, que reflete a dependência de \ (\ lg \ overline {\ kappa} \) em κ _, para κ =0 dá uma magnitude bastante baixa. Este valor corresponde ao transporte de íons apenas pelos clusters e canais (Tabela 1). Esses valores de \ (\ overline {\ kappa} \) são menores para as membranas modificadas, está de acordo com os dados obtidos para as resinas de troca iônica (Tabela 2). As regiões lineares das curvas estão relacionadas ao diapasão de concentração, onde a condutividade das membranas é determinada principalmente pelo eletrólito adicionalmente sorvido. É válido para este intervalo de concentração:
$$ \ lg \ overline {\ kappa} ={b} _1 + {b} _2 \ kappa, $$ (2)
onde b ₁ e b ₂ são os coeficientes empíricos. Eles refletem o efeito de triagem da matriz polimérica (membranas puras) ou da matriz e dos agregados (membranas modificadas).

Valores mais baixos dos coeficientes para as membranas modificadas mostram que os agregados desempenham uma função de barreira contra eletrólito adicionalmente sorvido. Uma vez que os orgânicos podem ser adsorvidos em partes hidrofóbicas das cadeias de polímero, supõe-se que os agregados protegem as membranas de incrustação.

Os números de transporte de contra-íons através da membrana (\ (\ overline {t} \)) foram determinados a partir de medições do potencial de membrana ( E _m ) seguido de cálculos da fórmula [47]:
$$ {E} _m =\ left (2 \ overline {t} -1 \ right) \ frac {RT} {zF} \ ln \ frac {a_2} {a_1}, $$ (3)
onde a ₁ e a ₂ são a atividade de soluções cada vez mais concentradas, R é a constante do gás, e T é a temperatura.

As curvas voltamétricas obtidas para soluções aquosas de NaCl de acordo com o esquema de quatro eletrodos são fornecidas na Fig. 7. Como visto, os valores de densidade de corrente limite ( i _lim ) são praticamente os mesmos para as membranas de troca catiônica originais e modificadas. O separador de troca aniônica modificado mostra densidade de corrente ligeiramente mais baixa do que a membrana prístina, indicando deterioração da seletividade de carga.

Curvas voltamétricas para troca catiônica a e troca aniônica b membranas. As medições foram realizadas em solução aquosa contendo 40 mol m ⁻³ NaCl, a velocidade do fluxo superficial era 1,04 × 10 ⁻³ m s ⁻¹

Na região de i <0,75 i _lim , nenhuma linearidade das dependências voltamétricas é observada para as membranas prístinas. A não linearidade indica polarização da concentração, que ocorre nos maiores poros entre o polímero de troca iônica e o ligante. Este fenômeno é típico de membranas heterogêneas [50]. No entanto, a dependência voltamétrica é linear para as membranas modificadas em i <0,75 i _lim . Isso indica uma exclusão do transporte de íons pelos maiores poros das membranas dos compósitos, evidentemente devido à redução da quantidade de eletrólito adicionalmente sorvido.

Dessalinização de Glicerol Resíduos

A eletrodiálise foi realizada sob tensão constante, que forneceu i =0,75 i _lim , onde i e i _lim são a densidade de corrente e a corrente de limitação, respectivamente. Isso foi necessário para evitar a precipitação de aditivos orgânicos dentro do sistema de membrana. A corrente diminuiu gradativamente de acordo com a redução da concentração de NaCl nos compartimentos de dessalinização. A configuração do sistema de membrana proporcionou estabilidade do pH (cerca de 6) tanto do concentrado quanto da solução a ser purificada.

Quando as membranas modificadas separaram os compartimentos de dessalinização e concentração, o conteúdo de sal na solução de glicerol diminuiu gradualmente. Isso reflete uma dependência da condutividade elétrica da solução através do compartimento de dessalinização no tempo plotado em coordenadas semilogarítmicas (Fig. 8).

Condutividade do glicerol bruto ao longo do tempo de eletrodiálise

A dependência linear nessas coordenadas é devida a limitações de difusão. Nenhuma impureza orgânica, que estava presente no glicerol bruto, foi encontrada no compartimento de dessalinização. A eficiência atual atingiu 95–98%. O processo foi interrompido, quando a concentração de sal residual foi 1000 vezes menor que a da solução inicial. Após terminar o processo, as membranas foram removidas, lavadas com água desionizada e sua condutividade foi medida usando solução aquosa de NaCl (40 mol dm ⁻³ ) conforme descrito em "Investigação de Transporte de Íons". Uma diminuição da condutividade foi de cerca de 2% para a membrana de troca catiônica em comparação com o valor obtido antes do processo. Em relação ao separador de troca aniônica, a condutividade foi ainda ligeiramente maior após a eletrodiálise (cerca de 5%). No entanto, esses desvios estão praticamente dentro do erro experimental, indicando estabilidade das membranas modificadas contra incrustação.

No caso das membranas primitivas, a taxa de dessalinização é muito mais lenta, evidentemente devido ao seu bloqueio com produtos orgânicos. A voltagem da célula aumentou dramaticamente. Além disso, a solução através do compartimento de dessalinização foi acidificada indicando o bloqueio preferível da membrana de troca aniônica. De fato, após a limpeza, sua condutividade foi 15 vezes menor. No caso da membrana de troca catiônica, a diminuição da condutividade foi de cerca de 50%. Isso mostra a formação de precipitado dentro dos poros das membranas prístinas.

Discussão

A modificação melhora a seletividade de carga da membrana de troca catiônica (ver Tabela 1), provavelmente devido à triagem de poros com partículas inorgânicas. As nanopartículas agregadas formam estruturas porosas secundárias dentro das membranas. Pequenos poros entre as nanopartículas, bem como alta densidade de carga superficial, que é realizada em meio neutro devido à dissociação de grupos funcionais contendo fósforo [45], impedem o transporte de co-íons. Ao mesmo tempo, menor número de transporte de contra-íons foi encontrado para a membrana de troca aniônica modificada. Na verdade, o HZD sorve ânions (An ^- ) principalmente em meio ácido:
$$ \ hbox {-} \ mathrm {O} \ mathrm {H} + \ mathrm {H} \ mathrm {A} \ mathrm {n} \ leftrightarrow \ hbox {-} \ mathrm {O} {{\ mathrm {H}} _ 2} ^ {+} \ mathrm {A} {\ mathrm {n}} ^ {-} $$ (4)
e cátions (Cat ⁺ ) de soluções alcalinas:
$$ \ hbox {-} {\ mathrm {O}} ^ {-} {\ mathrm {H}} ^ {+} + \ mathrm {C} \ mathrm {a} {\ mathrm {t}} ^ { +} \ leftrightarrow \ hbox {-} {\ mathrm {O}} ^ {-} \ mathrm {C} \ mathrm {a} {\ mathrm {t}} ^ {+} + {\ mathrm {H}} ^ {+}. $$ (5)
Normalmente, o ponto isoelétrico de HZD é alcançado em meio neutro:sob essas condições, as capacidades de troca catiônica e aniônica são iguais. Assim, os agregados HZD permitem ambos os contadores (Cl ^- ) e co- (Na ⁺ ) íons. No entanto, os agregados protegem os materiais de troca iônica contra incrustação com compostos orgânicos.

Assim, o ZHP aumenta o número de transporte de contra-íons na membrana de troca catiônica. Ao mesmo tempo, HZD deteriora ligeiramente a seletividade de carga da membrana de troca aniônica. A melhora do transporte aniônico é esperada em meio ácido. No entanto, a possibilidade de dessalinização do glicerol é percebida mesmo em meio neutro.

Conclusões

Conforme mostrado, as nanopartículas são agregadas em trocadores de íons durante seu tratamento com glicerol. Para atingir a estabilidade das nanopartículas incorporadas e as propriedades funcionais dos materiais, o procedimento de modificação foi realizado em meio glicerol. Nessas condições, formam-se as nanopartículas não agregadas e seus pequenos agregados (até 300 nm). Eles estão evidentemente localizados dentro de espaços vazios entre as regiões de gel e desempenham uma função de barreira contra a adsorção de impurezas orgânicas em fragmentos hidrofóbicos de cadeias de hidrocarbonetos. Nenhuma influência suficiente de ZHP na semipermissividade da membrana de troca catiônica foi encontrada em soluções aquosas de NaCl. Ao mesmo tempo, HZD deteriora ligeiramente a seletividade de carga das membranas de troca aniônica em meio neutro devido às propriedades anfotéricas do modificador. Eles são evidentemente uma barreira não apenas contra o eletrólito adicionalmente absorvido, mas também contra a adsorção de orgânicos.

As membranas compostas foram aplicadas na dessalinização da mistura glicerol-água contendo aditivos orgânicos (subproduto da produção de biodiesel). Ao contrário das membranas originais, os materiais compostos demonstraram estabilidade contra incrustações. É possível diminuir a concentração de sal em 100 vezes, os aditivos orgânicos permanecem nas soluções dessalinizadas. A aceleração do processo de dessalinização requer a melhoria da pilha de eletrodiálise. Devido ao problema de limitação de corrente, uma dessalinização mais profunda pode ser realizada usando a troca iônica. Provavelmente, trocadores de íons orgânicos-inorgânicos modificados em meios não aquosos podem ser usados para esse propósito.

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