Selective diffusion across ion-exchange membranes. (a) Anion exchange, and (b) cation exchange. Metal cations are designated by M+, anion A−, proton H+, and the fixed charges in the membrane by + and −.
Principe- en installatiebeschrijving
Donnan Dialyse (kortweg DD) maakt gebruik van één soort ion-uitwisselingsmembranen (ofwel kation- ofwel anionuitwisselend) om ionen met eenzelfde lading uit te wisselen tegenover elkaar vanuit twee oplossingen. Op basis van een elektrochemisch potentiaalverschil tussen twee oplossingen, gescheiden door het ionuitwisselingsmembraan, zullen de ionen met een lading tegengesteld aan die van het membraan zich doorheen het membraan bewegen om het potentiaalverschil te compenseren. Zo kunnen bijvoorbeeld hardheidsionen verwijderd worden door ze uit te wisselen met natrium uit een geconcentreerde oplossing.
Er wordt gestreefd naar naar Donnan evenwicht: wanneer een ion-uitwisselingsmembraan twee elektrolyt oplossingen scheidt en een tweede elektrolyt met het zelfde tegen-ion, maar met een co-ion dat niet doorheen het membraan kan, wordt toegevoegd aan eenkant van het membraan, dan gaan de tegen-ionen door heen het membraan migreren tot ladingsscheiding verder doorstroming stopt en elektroneutraliteit aan beide zijden van het membraan wordt gevormd.
Specifieke voor- en nadelen
Voordeel
Drijvende kracht is de concentratiegradiënt over het membraan (of partieel druk bij gassen en dampen) en niet een verschil in elektrische potentiaal of totaal druk.
Er hoeft geen elektrisch veld worden aangelegd
Toepassing
DD kan gebruikt worden voor waterontharders, vervuilingscontrole en deionisatie van een processtroom.; maar ook in drinkwatertoepassingen, waar elementen in (zeer) lage concentraties dienen verwijderd te worden (bv Nitraat (V) en fluoriden en sommige kationen)
Randvoorwaarden
Ladingsverschillen worden gecompenseerd. Indien het proces oneindig zou doorgaan, zouden de twee kanten van het membraan een evenwicht bereiken, maar dit
Werkingsgraad
/
Hulpstoffen
Tegen-ion dat als drijvende kracht kan dienstdoen, hier wordt meestal een NaCl oplossingen genomen van 0,1 – 1 M
Milieu-aspecten
/
Opmerkingen
/
Complexiteit
/
Automatiseringsgraad
Volledig automatiseerbaar
Bronnen
Vanoppen, M., Technologiegids ikv VIS-Traject "De Blauwe Cirkel", watercircle.be, 2016
Davis, T.A., Donnan Dialysis, membrane processes
Lee, E.K., Membranes, Synthetic, Applications, Encyclopedia of Physical Science and Technology, 2003
Van der Bruggen, B., Chapter 7 - Ion-exchange membrane systems - Electrodialysis and other electromembrane processes, Fundamental Modelling of Membrane Systems, 2018
Bodzek, M., 15 - Membrane technologies for the removal of micropollutants in water treatment, Advances in Membrane Technologies for Water Treatment, 2015