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Membranas compuestas avanzadas con intercambiadores iónicos mejorados con nanopartículas para desalación electrodialítica eficiente de glicerol

Resumen

Se obtuvieron membranas compuestas mediante la modificación de membranas heterogéneas de intercambio catiónico y aniónico con nanopartículas de hidrofosfato de circonio y dióxido de circonio hidratado, respectivamente. Los materiales de intercambio iónico se investigaron con microscopía electrónica, potenciometría, voltametría y espectroscopía de impedancia. Las nanopartículas individuales, precipitadas en medios acuosos, forman agregados cuando los compuestos entran en contacto con disolvente orgánico polar. Tanto nanopartículas individuales (hasta 10 nm) como sus agregados (hasta 200 nm) se precipitaron en polímeros de intercambio iónico en medio de glicerol. Las nanopartículas no agregadas mejoran la conductividad eléctrica de los materiales de intercambio iónico, mientras que los agregados actúan como barreras contra el ensuciamiento. Las membranas se aplicaron a la eliminación de NaCl de mezclas glicerol-agua altamente concentradas con aditivos orgánicos (subproducto de producción de biodiésel). A diferencia de los materiales prístinos, los compuestos demuestran estabilidad frente al ensuciamiento.

Introducción

La electrodiálisis se aplica como solución a diversos problemas: tratamiento y acondicionamiento de agua [1], particularmente eliminación de componentes iónicos tóxicos de aguas subterráneas [2,3,4] o preparación de agua a partir de residuos líquidos de la industria láctea para lavado de equipos [5], procesamiento de concentrados de ósmosis inversa [6], o residuos secundarios tras regeneración de sorbentes [7], desalación de concentrados proteicos [8], producción de ácidos orgánicos [9], y muchas otras tareas prácticas.

Un problema práctico muy importante es el procesamiento de soluciones no acuosas, por ejemplo, glicerol, que se forma como subproducto durante la producción de biodiésel [10]. El glicerol puede usarse posteriormente para síntesis de dihidroxiacetona, ácidos succínico, propiónico, cítrico, pigmentos, etc. [11], para producción de gas de síntesis [12] e incluso como combustible [13]. Sin embargo, es necesaria una desalación profunda previa, ya que el glicerol producido de esta manera contiene gran cantidad de componentes minerales (principalmente NaCl). El método de purificación más común es la destilación, extremadamente intensiva en energía [14]. El intercambio iónico [15] así como la ósmosis inversa [16] solo podrían aplicarse a soluciones ligeramente mineralizadas. La ultrafiltración, propuesta para eliminación de ácidos palmítico y oleico del glicerol [17], no puede aplicarse a la desalación.

Se espera que la electrodiálisis sea el método más adecuado para la desalación de glicerol, ya que el proceso puede usarse para eliminación de iones inorgánicos de soluciones en un amplio intervalo de concentración [18, 19]. Se desarrolló previamente electrodiálisis bipolar para desalación de glicerol: se logró un grado de desmineralización superior al 80 % con pérdidas de glicerol inferiores al 2 % [18]. Tradicionalmente, se usan membranas poliméricas de intercambio iónico para electrodiálisis [20]. En el caso de glicerol crudo, que contiene gran cantidad de aditivos orgánicos, se espera el ensuciamiento de las membranas poliméricas [21,22,23].

En el caso de materiales para separación por membranas de presión, la modificación de membranas con nanopartículas inorgánicas (SiO₂ [24], Fe₂O₃ [25], ZrO₂ [26, 27], TiO₂ [28], hidrofosfato de circonio [29]) proporciona estabilidad frente al ensuciamiento con orgánicos. Enfoque similar se aplicó a membranas de intercambio iónico para pilas de combustible [30,31,32]. Las funciones del modificador inorgánico son mejorar la conductividad protónica de las membranas y prevenir su deshidratación a alta temperatura. En los últimos años, se investigaron membranas orgánico-inorgánicas para electrodiálisis [33,34,35,36,37]. Las nanopartículas de intercambiador iónico inorgánico transforman incluso polímero inerte en membrana de intercambio iónico [35], de forma similar a membranas cerámicas [38,39,40]. Sin embargo, las membranas poliméricas de intercambio iónico se envenenan con disolventes orgánicos [41, 42]: la reorganización de su estructura porosa resulta en deterioro de propiedades funcionales, por ejemplo, aumenta el cruce de metanol [42]. Esto sin duda influye en la localización de partículas inorgánicas, que deben ser no agregadas para proporcionar alta tasa de transporte iónico [43, 44].

El objetivo del trabajo fue obtener membranas orgánico-inorgánicas para desalación de soluciones no acuosas, que combinen estructura estable en estos medios, alta selectividad de carga, conductividad eléctrica considerable y estabilidad frente al ensuciamiento con orgánicos. La tarea del trabajo es el desarrollo de métodos de modificación usando resinas de intercambio iónico como matrices poliméricas modelo, ya que estos materiales se usan para preparación de membranas heterogéneas. Otros problemas son la aplicación de la técnica de modificación a la preparación de membranas, la investigación de morfología y propiedades funcionales de los materiales compuestos, y la prueba de las membranas en el proceso de desalación de glicerol crudo.

El dióxido de circonio hidratado (HZD) se usó como modificador de membrana de intercambio aniónico. Este intercambiador demuestra capacidad de intercambio aniónico en medios ácidos y neutros [45]. El hidrofosfato de circonio amorfo (ZHP) se aplicó a la modificación de membranas de intercambio catiónico. Este intercambiador iónico inorgánico posee alta capacidad de intercambio, es químicamente estable y no requiere reactivos químicos costosos para su síntesis.

Experimental

Soluciones para electrodiálisis

El efluente obtenido durante la producción de biodiésel (planta de destilería Trostyanetz de «Ukrspirt State Company», Ucrania) se aplicó a las investigaciones. Esta solución a base de glicerol contenía agua (10 % en masa), impurezas orgánicas (8 % en masa) y 1000 mol m⁻³ NaCl. Soluciones acuosas de NaCl también se usaron para mediciones potenciométricas e de impedancia.

Modificación de resinas de intercambio iónico

Se investigaron resinas granulares de poliestireno-divinilbenceno tipo gel, a saber, Dowex HCR-S (intercambiador catiónico fuertemente ácido) y Dowex Marathon A (intercambiador aniónico fuertemente básico), producidas por Dow Chemical. Fue necesario para investigaciones de los compuestos con microscopía electrónica de transmisión (TEM) y para elección del método de modificación más adecuado. El intercambiador catiónico y aniónico se modificaron con ZHP y HZD, respectivamente.

La primera serie de muestras se preparó según las siguientes etapas: (i) impregnación de la resina con agua, (ii) impregnación de la resina húmeda con solución 1 M de ZrOCl₂ durante 24 h a 298 K (relación de volúmenes resina:solución 1:20), (iii) lavado de la resina con solución de HCl (10 mol m⁻³) hasta pH constante del efluente (aprox. 2) para eliminar electrolito adsorbido adicionalmente lo más completamente posible, (iv) tratamiento de la resina con solución 1 M de H₃PO₄ a 298 K (relación de volúmenes 1:10) seguido de lavado con agua desionizada hasta reacción neutra del efluente, (v) tratamiento con ultrasonido a 30 kHz mediante dispositivo Bandelin (Bandelin, Hungría) para limpiar la superficie externa de los gránulos, y (vi) tratamiento con glicerol seguido de lavado con agua desionizada y secado en desecador sobre CaCl₂ a temperatura ambiente hasta masa constante. Tras la etapa (v), se tomó una parte de la resina y se secó en el desecador.

Respecto al intercambiador aniónico, el procedimiento de modificación fue similar. Sin embargo, se usó una solución mixta (1 M ZrOCl₂ y 7 M HCl) para impregnación de la resina (etapa ii), 7 M HCl para lavado hasta desaparición de turbidez del efluente tras neutralización (etapa iii). El constituyente inorgánico se precipitó con solución 1 M de NH₄OH (etapa iv).

La segunda serie de muestras se preparó de forma similar; sin embargo, se usó solución 0,1 M de ZrOCl₂ en glicerol para impregnación de la resina. Soluciones de H₃PO₄ o NH₄OH en glicerol se usaron para precipitación de ZHP o HZD, respectivamente.

Modificación de membranas de intercambio iónico

Se investigaron membranas heterogéneas de intercambio catiónico CMI 7000 (CM) y de intercambio aniónico AMI 7000 (AM) (Membrane International), con espesor en estado hinchado de unos 600 µm. Las membranas se modificaron con ZHP y HZD, respectivamente. El procedimiento de modificación fue similar al descrito para la segunda serie de muestras. Tras el secado final, las membranas se pesaron.

SEM y TEM

Las investigaciones de membranas con microscopía electrónica de barrido (SEM) se realizaron mediante microscopios JEOL JSM 6700 F y JEOL JFC-1600 (JEOL, Japón). Previamente, se depositó una capa de platino sobre la muestra a 3 Pa usando recubridor automático JEOL JFC-1600 (JEOL, Japón). Se aplicó microscopio electrónico de transmisión JEOL JEM 1230 (JEOL, Japón) a resinas de intercambio iónico trituradas. Antes de las investigaciones, tanto membranas como resinas se trataron con ultrasonido.

Investigación del transporte iónico

Se usó una celda de dos compartimentos con electrodos Ag/AgCl para mediciones potenciométricas, realizadas con voltímetro SCH-1312 (Analitpribor, Ucrania). Los compartimentos se llenaron con soluciones acuosas de NaCl (0,5 y 1 M) similar a [46, 47].

La resistencia eléctrica de las membranas se midió usando una celda de dos compartimentos con electrodos de platino. Las soluciones acuosas de NaCl llenaban la celda. Las mediciones se realizaron con sistema de impedancia Autolab a 1 × 10⁻² − 1 × 10⁶ Hz. La resistencia de la celda se determinó como una meseta ancha de la dependencia en frecuencia de la parte real de la impedancia. La resistencia de la membrana se calculó como diferencia entre resistencias de la celda con y sin membrana [47, 48]. Para comparación, la conductividad eléctrica de formas H-(OH) de resinas de intercambio iónico se midió similar a [43, 44]. Agua desionizada se usó como medio no conductor.

Las mediciones voltamétricas se realizaron según esquema de cuatro electrodos similar a [46]. El esquema incluía celda de dos compartimentos dividida, dos electrodos de trabajo de platino conectados con fuente de alimentación IPPT 65-49 (Ukrrospribor LTD, Ucrania) y amperímetro SCH-4311 (Analitprobor, Ucrania). Dos electrodos de referencia Ag/AgCl se conectaron con voltímetro. Los electrodos de referencia se suministraron con capilares de Luggin.

Todos los experimentos se realizaron a 298 K.

Electrodiálisis de solución de glicerol

El montaje experimental involucró celda de siete compartimentos, tres líneas de líquido independientes, fuente de alimentación e instrumentación de medición mencionada (Fig. 1). Las cámaras de desalación contenían una rejilla para turbulización del flujo. Un área efectiva de membrana fue 30 cm² (30 cm × 1 cm), distancia entre membranas 4 mm, área de sección transversal de cada compartimento 0,4 cm². Las membranas compuestas se colocaron entre cámaras de desalación y concentración, las demás membranas eran prístinas. Para comparación, el proceso de separación se realizó usando solo membranas prístinas entre todos los compartimentos.

Membranas compuestas avanzadas con intercambiadores iónicos mejorados con nanopartículas para desalación electrodialítica eficiente de glicerol
Montaje experimental para electrodiálisis de glicerol. Secciones I y VII son compartimentos de electrodos; II, IV y VI son compartimentos de concentración; III y V son compartimentos de desalación

Una solución de glicerol (200 cm³) pasó por los compartimentos de desalación según operación cíclica. Una solución de NaCl, concentración inicial 0,01 M (200 dm³) circuló por los compartimentos de concentración. Una solución 0,05 M de Na₂SO₄ pasó por los compartimentos de electrodos.

Resultados

Agregación de nanopartículas dentro de la matriz polimérica

La localización de partículas inorgánicas dentro de polímeros de intercambio iónico está determinada por la estructura porosa de estos materiales en estado hinchado. Se sabe que la estructura incluye regiones tipo gel, donde se ubican clústeres nanométricos (hasta 20 nm [36, 43, 44, 46, 49,50,51]) y canales más estrechos entre ellos (la estructura clúster-canal de materiales poliméricos de intercambio iónico se describe en detalle en [49,50,51]). Clústeres y canales, que contienen grupos funcionales, se consideran poros de transporte. Los campos hidrofóbicos de cadenas hidrocarbonadas se colocan en vacíos entre campos de gel. Poros de tamaño micrónico están relacionados con defectos de estructura y vacíos entre intercambiador iónico y aglutinante (para membranas heterogéneas).

La visualización de nanopartículas inorgánicas no agregadas es posible solo para resinas: sus granos pueden triturarse relativamente fácil hasta tamaño que permite obtener imágenes TEM. Las fotos del intercambiador catiónico orgánico-inorgánico de la primera serie antes y después del tratamiento con glicerol (es decir, tras etapas de modificación v y vi) se dan en Fig. 2. Se observan nanopartículas globulares de ZHP no agregadas (4–20 nm), los agregados resultaron prácticamente ausentes. También se encontraron nanopartículas de HZD no agregadas en el intercambiador aniónico. Las nanopartículas evidentemente se colocan dentro de clústeres y canales y se estabilizan por sus paredes.

Membranas compuestas avanzadas con intercambiadores iónicos mejorados con nanopartículas para desalación electrodialítica eficiente de glicerol
Imágenes TEM de ZHP (a, b) y HZD c nanopartículas en el intercambiador catiónico (a, b) y aniónico (c) de la serie 1 antes (a, c) y después (b) de tratamiento con glicerol. Nanopartículas no agregadas (a, c) y sus agregados (b) se observan

Tras tratamiento con disolvente orgánico, no se encontraron nanopartículas individuales. Forman agregados (≈100 nm), evidentemente ubicados fuera de poros de transporte. La agregación probablemente se debe a reorganización de clústeres causada por adsorción de disolvente orgánico [42]. Además, la reorganización puede ser causada por menor permitividad dieléctrica del glicerol comparada con agua. Esto aumenta la repulsión de contraiones de grupos funcionales. Como resultado de la reorganización, las nanopartículas abandonan los poros de transporte y forman agregados fuera de ellos.

Nanopartículas de ZHP no agregadas (2–10 nm), precipitadas de solución de glicerol, se observan en la muestra de la segunda serie (Fig. 3). Partículas mayores (hasta 300 nm) también son visibles en la imagen con menor resolución. Estas partículas evidentemente están relacionadas con agregados, ubicados en vacíos entre regiones de gel.

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Imágenes TEM de intercambiador catiónico de la segunda serie. Nanopartículas ZHP (a) y partículas mayores, tamaño 100–300 nm (b), son visibles

Regularidades similares de formación de nanopartículas son evidentemente características para las membranas. Como se encontró, el contenido másico de ZHP y HZD en las membranas fue 4,5 y 3,9 %, respectivamente. Tras tratamiento con glicerol, se encontraron agregados pequeños (hasta 300 nm) dentro del constituyente de intercambio iónico de las membranas (Fig. 4). Estos agregados evidentemente se ubican en vacíos entre regiones de gel. No se encontraron partículas grandes, de tamaño comparable con poros entre polímero de intercambio iónico y aglutinante (Fig. 4).

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Imágenes SEM de sección transversal de membrana catiónica compuesta. Pequeños agregados de nanopartículas ZHP se observan (a), no se ven partículas en poros grandes (b)

Conductividad eléctrica y selectividad de carga de las membranas

El logaritmo de la conductividad eléctrica específica de las membranas \( \left( \log \overline{\kappa}\right) \) se representa en Fig. 5 frente a la conductividad de solución acuosa de NaCl (κ). Como se ve, la reducción de la concentración de la solución causa una disminución de los valores de \( \overline{\kappa} \) debido a la disminución del contenido de electrolito adsorbido adicionalmente (tanto contraiones como coiones). El electrolito llena poros que no contienen grupos funcionales. La magnitud \( \overline{\kappa} \) involucra transporte iónico a través de clústeres y canales. Cuando las partes difusivas de capas dobles eléctricas no se solapan, este transporte se debe a conductividad superficial y fluida.

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Logaritmo de conductividad de membrana vs conductividad de solución acuosa externa de NaCl

En el caso de membrana de intercambio catiónico impregnada con solución, su conductividad se determina como sigue:

$$ \overline{\kappa}= F\left({z}_{+}{\overline{u}}_{+}^{/}{\overline{C}}_{+}^{/}+{z}_{+}{\overline{u}}_{+}^{//}{\overline{C}}^{//}+{z}_{-}{\overline{u}}_{-}^{//}{\overline{C}}^{//}\right). $$ (1)

Aquí, F es la constante de Faraday, z el número de carga, ū la movilidad y \( \overline{C} \) la concentración, los subíndices «+» y «−» corresponden a cationes y aniones, respectivamente, el superíndice «/» se refiere a contraiones en clústeres y canales, el índice «//» se atribuye a contraiones y coiones en poros libres de grupos funcionales. Bajo condiciones de \( {z}_{+}{\overline{u}}_{+}^{/}{\overline{C}}_{+}^{/}<<{\overline{C}}^{//}\left({z}_{+}{\overline{u}}_{+}^{//}+{z}_{-}{\overline{u}}_{-}^{//}\right) \), la concentración de especies fuera de clústeres y canales puede determinarse como \( {\overline{C}}^{//}=\frac{\overline{\kappa}}{z_{+}{\overline{u}}_{+}^{//}+{z}_{-}{\overline{u}}_{-}^{//}} \). Aquí \( {\overline{u}}_{+}^{//} \) y \( {\overline{u}}_{-}^{//} \) se asumen iguales a la movilidad de especies en solución externa.

Las dependencias de \( \frac{{\overline{C}}^{.//}}{C} \) sobre C (donde C es la concentración de solución externa) se muestran en Fig. 6. Esta relación aumenta en la región de baja concentración debido a la depresión de la conductividad superficial a través de clústeres. Luego, la relación alcanza valores aproximadamente constantes. La meseta corresponde al intervalo de concentración en el que la conductividad está determinada principalmente por el electrolito adsorbido adicionalmente.

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Relación de \( \frac{{\overline{C}}^{.//}}{C} \) en función de la concentración de solución externa

La extrapolación de la curva, que refleja la dependencia de \( \lg \overline{\kappa} \) sobre κ, a κ = 0 da una magnitud bastante baja. Este valor corresponde al transporte iónico solo a través de clústeres y canales (Tabla 1). Estos valores de \( \overline{\kappa} \) son menores para las membranas modificadas, de acuerdo con datos obtenidos para resinas de intercambio iónico (Tabla 2). Las regiones lineales de las curvas están relacionadas con el rango de concentración donde la conductividad de las membranas está determinada principalmente por electrolito adsorbido adicionalmente. Es válido para este intervalo de concentración:

$$ \lg \overline{\kappa}={b}_1+{b}_2\kappa, $$ (2)

donde b 1 y b 2 son coeficientes empíricos. Reflejan el efecto de pantalla de la matriz polimérica (membranas prístinas) o tanto de la matriz como de agregados (membranas modificadas).

Valores menores de los coeficientes para membranas modificadas muestran que los agregados realizan función de barrera contra electrolito adsorbido adicionalmente. Dado que los orgánicos pueden adsorberse en partes hidrofóbicas de cadenas poliméricas, se asume que los agregados protegen las membranas del ensuciamiento.

Los números de transporte de contraiones a través de la membrana (\( \overline{t} \)) se determinaron a partir de mediciones de potencial de membrana (E m ) seguidos de cálculos mediante la fórmula [47]:

$$ {E}_m=\left(2\overline{t}-1\right)\frac{RT}{zF} \ln \frac{a_2}{a_1}, $$ (3)

donde a 1 y a 2 son la actividad de soluciones menos y más concentradas, R la constante de gases, y T la temperatura.

Las curvas voltamétricas obtenidas para soluciones acuosas de NaCl según esquema de cuatro electrodos se dan en Fig. 7. Como se ve, los valores de densidad de corriente límite (i lim) son prácticamente los mismos tanto para membranas catiónicas prístinas como modificadas. El separador aniónico modificado muestra densidad de corriente ligeramente menor que la membrana prístina, indicando deterioro de la selectividad de carga.

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Curvas voltamétricas para membranas de intercambio catiónico a y aniónico b. Las mediciones se realizaron en solución acuosa conteniendo 40 mol m⁻³ NaCl, velocidad superficial de flujo 1,04 × 10⁻³ m s⁻¹

En la región de i < 0,75 i lim, no se observa linealidad de las dependencias voltamétricas para membranas prístinas. La no linealidad indica polarización por concentración, que ocurre en los poros mayores entre polímero de intercambio iónico y aglutinante. Este fenómeno es típico para membranas heterogéneas [50]. Sin embargo, la dependencia voltamétrica es lineal para membranas modificadas a i < 0,75 i lim. Esto indica una exclusión del transporte iónico a través de los poros mayores de las membranas compuestas evidentemente debido a reducción de cantidad de electrolito adsorbido adicionalmente.

Desalación de glicerol residual

La electrodiálisis se realizó bajo voltaje constante, que proporcionó i = 0,75i lim, donde i y i lim son la densidad de corriente y corriente límite, respectivamente. Esto fue necesario para evitar precipitación de aditivos orgánicos dentro del sistema de membranas. La corriente disminuyó gradualmente de acuerdo con la reducción de concentración de NaCl en los compartimentos de desalación. La configuración del sistema de membranas proporcionó estabilidad del pH (aprox. 6) tanto del concentrado como de la solución purificada.

Cuando las membranas modificadas separaron los compartimentos de desalación y concentración, el contenido de sal en la solución de glicerol disminuyó gradualmente. Esto refleja una dependencia de la conductividad eléctrica de la solución a través del compartimento de desalación en función del tiempo representada en coordenadas semilogarítmicas (Fig. 8).

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Conductividad de glicerol crudo en función del tiempo de electrodiálisis

La dependencia lineal en estas coordenadas se debe a limitaciones por difusión. No se encontraron impurezas orgánicas, presentes en glicerol crudo, en el compartimento de desalación. La eficiencia de corriente alcanzó 95–98 %. El proceso se detuvo cuando la concentración residual de sal fue 1000 veces menor que en la solución inicial. Tras finalizar el proceso, las membranas se retiraron, lavaron con agua desionizada, y su conductividad se midió usando solución acuosa de NaCl (40 mol dm⁻³) como se describe en «Investigación del transporte iónico». Una disminución de conductividad fue de aproximadamente 2 % para la membrana de intercambio catiónico en comparación con el valor obtenido antes del proceso. Respecto al separador aniónico, la conductividad fue incluso ligeramente superior tras la electrodiálisis (aprox. 5 %). Sin embargo, estas desviaciones están prácticamente dentro del error experimental, indicando estabilidad de las membranas modificadas frente al ensuciamiento.

En el caso de membranas prístinas, la tasa de desalación es mucho más lenta evidentemente debido a su bloqueo con orgánicos. El voltaje de la celda aumentó dramáticamente. Además, la solución a través del compartimento de desalación se acidificó indicando bloqueo preferente de la membrana de intercambio aniónico. De hecho, tras limpieza, su conductividad fue 15 veces menor. En el caso de membrana de intercambio catiónico, la disminución de conductividad fue de aproximadamente 50 %. Esto muestra formación de precipitado dentro de poros de las membranas prístinas.

Discusión

La modificación mejora la selectividad de carga de la membrana de intercambio catiónico (ver Tabla 1), probablemente debido a la pantalla de poros con partículas inorgánicas. Las nanopartículas agregadas forman estructuras porosas secundarias dentro de las membranas. Los poros pequeños entre nanopartículas así como la alta densidad de carga superficial, realizada en medios neutros debido a la disociación de grupos funcionales que contienen fósforo [45], impiden el transporte de coiones. Al mismo tiempo, se encontró menor número de transporte de contraiones para la membrana de intercambio aniónico modificada. En efecto, HZD sorbe aniones (An⁻) principalmente en medios ácidos:

$$ \hbox{--} \mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{H}\mathrm{A}\mathrm{n}\leftrightarrow \hbox{--} \mathrm{O}{{\mathrm{H}}_2}^{+}\mathrm{A}{\mathrm{n}}^{-} $$ (4)

y cationes (Cat⁺) de soluciones 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, el punto isoeléctrico de HZD se alcanza en medios neutros: bajo estas condiciones las capacidades de intercambio catiónico y aniónico son iguales. Así, los agregados de HZD permiten tanto contraiones (Cl⁻) como coiones (Na⁺). Sin embargo, los agregados protegen los materiales de intercambio iónico contra el ensuciamiento con orgánicos.

Por tanto, ZHP aumenta el número de transporte de contraiones en la membrana de intercambio catiónico. Al mismo tiempo, HZD deteriora ligeramente la selectividad de carga de las membranas de intercambio aniónico. Se espera mejora del transporte aniónico en medios ácidos. Sin embargo, la posibilidad de desalación de glicerol se realiza incluso en medios neutros.

Conclusiones

Como se muestra, las nanopartículas se agregan en intercambiadores iónicos durante su tratamiento con glicerol. Para lograr estabilidad de nanopartículas incorporadas y propiedades funcionales de los materiales, el procedimiento de modificación se realizó en medio de glicerol. Bajo estas condiciones, se forman tanto nanopartículas no agregadas como sus pequeños agregados (hasta 300 nm). Evidentemente se ubican dentro de vacíos entre regiones de gel y realizan función de barrera contra adsorción de impurezas orgánicas en fragmentos hidrofóbicos de cadenas hidrocarbonadas. No se encontró influencia suficiente de ZHP en la semipermisividad de la membrana de intercambio catiónico en soluciones acuosas de NaCl. Al mismo tiempo, HZD deteriora ligeramente la selectividad de carga de las membranas de intercambio aniónico en medios neutros debido a las propiedades anfóteras del modificador. Evidentemente son barrera no solo contra electrolito adsorbido adicionalmente sino también contra adsorción de orgánicos.

Las membranas compuestas se aplicaron a desalación de mezcla glicerol-agua conteniendo aditivos orgánicos (subproducto de producción de biodiésel). A diferencia de membranas prístinas, los materiales compuestos demostraron estabilidad frente al ensuciamiento. Es posible disminuir la concentración de sal 100 veces, los aditivos orgánicos permanecen en las soluciones desaladas. La aceleración del proceso de desalación requiere mejora de la pila de electrodiálisis. Debido al problema de corriente límite, desalación más profunda puede realizarse usando intercambio iónico. Intercambiadores iónicos orgánico-inorgánicos modificados en medios no acuosos podrían usarse probablemente para este propósito.

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