Una membrana de intercambio iónico es una membrana semipermeable que transporta ciertos iones disueltos, mientras bloquea otros iones o moléculas neutras. [1]
Por lo tanto, las membranas de intercambio iónico son conductoras de electricidad y se utilizan a menudo en aplicaciones de desalinización y recuperación química, ya que trasladan iones de una solución a otra con poco paso de agua. [2]
Ejemplos importantes de membranas de intercambio iónico incluyen las membranas de intercambio de protones , que transportan H+ cationes y las membranas de intercambio aniónico utilizadas en ciertas celdas de combustible alcalinas para transportar OH− aniones .
Una membrana de intercambio iónico generalmente está hecha de polímero orgánico o inorgánico con grupos laterales cargados (iónicos), como las resinas de intercambio iónico . Las membranas de intercambio aniónico contienen grupos catiónicos fijos con aniones predominantemente móviles; debido a que los aniones son la especie mayoritaria, la mayor parte de la conductividad se debe al transporte de aniones. Lo inverso se aplica a las membranas de intercambio catiónico .
Las membranas de intercambio iónico denominadas heterogéneas tienen un coste bajo y una composición más gruesa con una resistencia mayor y una superficie rugosa que puede estar sujeta a la suciedad. Las membranas homogéneas son más caras, pero tienen una composición más fina con una resistencia menor y una superficie lisa, menos susceptible a la suciedad. Las superficies de las membranas homogéneas se pueden modificar para alterar la permeabilidad de la membrana a los protones, iones monovalentes e iones divalentes. [3]
La selectividad de una membrana de intercambio iónico se debe al equilibrio de Donnan y no al bloqueo físico o a la exclusión electrostática de especies cargadas específicas.
La selectividad en el transporte de iones de cargas opuestas se denomina permeabilidad selectiva. [3]
Las membranas de intercambio iónico se utilizan tradicionalmente en la electrodiálisis o la diálisis por difusión mediante un potencial eléctrico o un gradiente de concentración, respectivamente, para transportar selectivamente especies catiónicas y aniónicas. Cuando se aplican en un proceso de desalinización por electrodiálisis, las membranas de intercambio aniónico y catiónico suelen estar dispuestas en un patrón alterno entre dos electrodos (un ánodo y un cátodo) dentro de la pila de electrodiálisis. Se suministra un potencial galvánico como un voltaje generado en los electrodos. [3]
Una típica pila de electrodiálisis industrial consta de dos cámaras: una cámara de producto-agua y una cámara de concentrado-rechazo. Durante el funcionamiento de la pila, las sales se transfieren del producto al concentrado. Como resultado, la corriente de rechazo se concentra mientras que la corriente de producto se desaliniza. [3]
Las aplicaciones ejemplares de membranas de intercambio iónico utilizadas en electrodiálisis y EDR incluyen la desalinización de agua de mar, el tratamiento de aguas residuales industriales con alta formación de incrustaciones, la producción de alimentos y bebidas y otras aguas residuales industriales. [3]