Selektivita membrán při zpracování síranu sodného elektrodialýzou s bipolární membránou

Bc. Jiří Charamza

Master's thesis

Membranes Selectivity in the Processing of Sodium Sulfate by Electrodialysis

Abstract:

Předkládaná práce se zabývá elektrodialýzou s bipolární membránou a porovnáním selektivity vybrané vývojové heterogenní bipolární membrány RALEX? BM3.1. s homogenní bipolární membránou FUMASEP? FBM. Měření byla prováděna v oblasti proudových hustot vhodných pro optimální provoz použité heterogenní bipolární membrány. V teoretické části jsou shrnuty základní informace o membránových zařízeních, vlastnostech bipolární membrány, způsobech výroby bipolární membrány a možnostech zapojení membránového svazku. Dále jsou zde uvedeny některé možnosti vyjádření selektivity u membránových procesů doplněné krátkou rešerší. Veškeré experimenty byly prováděny s modelovým roztokem síranu sodného za laboratorních podmínek. Pro experimenty byly použity heterogenní monopolární membrány RALEX? CM(H)-PP a RALEX? AM(H)-PP. Dále byly využity homogenní bipolární membrány FUMASEP? FBM a vývojové heterogenní bipolární membrány RALEX? BM3.1.. Experimenty byly prováděny na zařízení UNIT EDR-Z_FULL_v3 za použití membránového modulu velikosti EDBM-Z. Analýzy produktů byly prováděny acidobazickými titracemi pomocí automatických titrátorů a titrací síranů pomocí Pb(NO3)2, popřípadě pomocí optické emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem. Z provedených experimentů vyplývá, že neustálené vsádkové laboratorní testy elektrodialýzy s bipolární membránou jsou vhodné pro orientační porovnávání membrán nebo pro prvotní ověření realizovatelnosti nového technologického procesu. Výsledky ukazují, že pro samotné stanovení selektivity elektromembránového procesu s bipolární membránou je vhodnější využívat výsledky z experimentů dlouhodobějšího charakteru, resp. v ustáleném stavu. Dále byla potvrzena vysoká selektivita použitých monopolárních membrán, kdy tyto membrány mají minimální vliv na čistotu vzniklého produktu za daných podmínek. Také bylo prokázáno, že homogenní bipolární membrány za daných podmínek vykazují vyšší selektivitu než heterogenní bipolární membrány.

Abstract:

This work is focused on study of electrodialysis with bipolar membrane and selectivity comparison of heterogeneous bipolar membrane RALEX? BM3.1. with the homogeneous bipolar membrane FUMASEP? FBM. The measurements were made in the range of current densities suitable for optimal operation of the heterogeneous bipolar membrane used. The theoretical part summarizes basic information about membrane devices, properties of bipolar membrane, methods of bipolar membrane production and possibilities of membrane stack arrangement. There are also explained some possibilities of expression of selectivity in membrane processes. The part is supplemented by short literature search. All experiments were performed with model sodium sulfate solution under laboratory conditions. RALEX? CM (H) -PP and RALEX? AM (H) -PP heterogeneous monopolar membranes were used for experiments. Further, FUMASEP? FBM homogeneous bipolar membranes and RALEX? BM3.1 heterogeneous bipolar membranes were used. The experiments were performed on a UNIT EDR-Z_FULL_v3 device using an EDBM-Z membrane module. Analyses of product were performed by acid-base titrations using automatic titrators and sulfate titration with Pb(NO3)2, optionally with Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry. Experiments have shown that continuous batch laboratory tests of electrodialysis with a bipolar membrane are suitable for preliminary comparison of membranes or for initial verification of feasibility of a new technological process. The results show that it is more appropriate to use the results of steady state experiments. These are dominantly necessary for the determination of process selectivity. In addition, the high selectivity of the monopolar membranes used has been confirmed. These membranes had a minimal effect on the purity of the product under the given conditions. It has also been demonstrated that homogeneous bipolar membranes, under given conditions exhibit higher selectivity than heterogeneous bipolar membranes.

Keywords

elektrodialýza, bipolární membrána, selektivita, heterogenní membrána, homogenní membrána, feed and bleed proces

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 7. 6. 2017
• Supervisor: doc. Ing. Jiří Cakl, CSc.

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Master programme / field:
Chemical and Process Engineering / Chemical Engineering