Ηλεκτροαπιονισμός

Ο ηλεκτροαπιονισμός (electrodeionization) είναι μια ηλεκτροχημική διεργασία απομάκρυνσης ιόντων ή ιοντογενών ουσιών από το νερό ή άλλα υγρά που χρησιμοποιεί ηλεκτρικά ενεργά μέσα (ιοντοανταλλακτικές μεμβράνες και ρητίνες) και ένα ηλεκτρικό δυναμικό για να προκαλέσει μεταφορά ιόντων. Σ’ αντίθεση με τον χωρητικό απιονισμό (capacitive deionization) ο ηλεκτροαπιονισμός είναι μια συνεχής διεργασία που δεν απαιτεί εναλλασσόμενα στάδια φόρτισης – εκφόρτισης – έκπλυσης των ηλεκτροδίων. Η τεχνολογία συνδυάζει συγχρόνως δύο βασικές διεργασίες: την ηλεκτροδιαπίδυση ή ηλεκτροδιάλυση (electrodialysis) και την ιοντοανταλλαγή αποφεύγοντας το βασικό μειονέκτημα της ηλεκτροδιαπίδυσης λόγω του φαινομένου της πόλωσης συγκέντρωσης (concentration polarization) και εκμεταλλευόμενη το πλεονέκτημα της ιοντοανταλλαγής. Για το λόγο αυτό ορισμένες φορές αναφέρεται και ως ηλεκτροδιαπίδυση πληρωμένης κυψέλης (filled cell electrodialysis).

 Η συσκευή ηλεκτροαπιονισμού είναι μια διάταξη ηλεκτρόλυσης αποτελούμενη από εναλλασσόμενα διαμερίσματα συγκέντρωσης και αραίωσης ιόντων τα οποία διαχωρίζονται μεταξύ τους με εναλλασσόμενες ανιοντοδιαπερατές (Α) και κατιοντοδιαπερατές (Κ) μεμβράνες. Στα διαμερίσματα αραίωσης τοποθετούνται οι ιοντοανταλλακτικές ρητίνες μικτής ή διαχωρισμένης κλίνης. Το προς καθαρισμό νερό διοχετεύεται κάθετα προς το εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο, όπου λόγω ιοντοανταλλαγής με τις ρητίνες συγκρατούνται όλα τα ιόντα. Το εξερχόμενο απιονισμένο νερό παρουσιάζει ηλεκτρική αγωγιμότητα < 10-6 S/m .Εξ’ αιτίας του ηλεκτρικού πεδίου τα αρχικά συγκρατούμενα από τις ρητίνες κατιόντα και ανιόντα κινούνται προς τα ηλεκτρόδια της καθόδου και της ανόδου αντίστοιχα. Έτσι, διαπερνούν τις μεμβράνες αντιθέτου φορτίου δηλ. τις κατιοντοδιαπερατές και τις ανιοντοπερατές, αλλά όχι τις μεμβράνες ομοίου φορτίου δηλ. τις ανιοντοδιαπερατές και κατιοντοδιαπερατές αντίστοιχα. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται αύξηση της συγκέντρωσης και εγκλωβισμός των ιόντων στα διαμερίσματα συγκέντρωσης. Επιπρόσθετα, με την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου λαμβάνει χώρα και διάσταση των μορίων του νερού στα ιόντα του Η+ και ΟΗ- τα οποία εκτοπίζουν τα άλλα κατιόντα και ανιόντα από τις ρητίνες αντίστοιχα. Κατά συνέπεια, δημιουργείται μια συνεχούς λειτουργίας αυτοαναγέννηση των ιοντοανταλλακτικών ρητινών χωρίς χρήση χημικών. Ο συνεχής ηλεκτροαπιονισμός εφαρμόζεται κυρίως ως τελευταίο στάδιο επεξεργασίας για τη παραγωγή υπερκάθαρου απιονισμένου νερού στις βιομηχανίες φαρμάκων και ημιαγωγών. Χρησιμοποιείται επίσης για εξυγίανση υδατικών βιομηχανικών αποβλήτων από μονάδες επιμεταλλώσεων ή επεξεργασίας μετάλλων για απομάκρυνση των τοξικών ιόντων βαρέων μετάλλων με ταυτόχρονη ανακύκλωση και επαναχρησιμοποίηση του νερού. Ηλεκτροχημεία Ηλεκτρόλυση Ηλεκτροδιαπίδυση Χωρητικός απιονισμός V.I. Fedorenko, “Ultrapure water production by continuous electrodeionization method: Technology and economy”, Pharmaceutical Chemical Journal 38 (2004) 35-40. K.H. Yeon, J-H. Song, S-H. Moon, A study on stack configuration of continuous electrodeionization for removal of heavy metal ions from the primary coolant of a nuclear power plant, Water Research 38 (2004) 1911-1921. G.C.Ganzi, J.H.Wood, C.S.Griffin, “Water Purification and Recycling Using the CDI Process”, Environmental Progress 11 (1992) 49-53. Y.S. Dzyazko, “Purification of a diluted solution containing nickel using Electrodeionization”, Desalination 198 (2006) 47-55. X. Feng, Z. Wu, X. Chen, “Removal of metal ions from electroplating effluent by EDI process and recycle of purified water”, Separation & Purification Technology 57 (2007) 257-263. Y. Xing, X. Chen, D. Wang, “Electrically Regenerated Ion Exchange for Removal and Recovery of Cr(VI) from Wastewater”, Environmental Science & Technology 41 (2007) 1439-1443. B.T. Batchelder, I.D. Elyanow, A.L. Goldstein, R.J. MacDonald, W.A. MacRae, K.J. Sims, L. Zhang, “Electrodialysis including filled cell electrodialysis (electrodeionization)”, Patent US006126805A, Oct. 3, 2000. Konstantinos Dermentzis, “Continuous electrodeionization through electrostatic shielding”, Electrochimica Acta 53 (2008) 2953-2962. Κωνσταντίνος Δερμεντζής, Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας GR1004819, 18-2-2005, Οργανισμός Βιομηχανικής Ιδιοκτησίας (ΟΒΙ). K. Dermentzis, A. Davidis, D. Papadopoulou, A. Christoforidis, K. Ouzounis, “Copper removal from industrial wastewaters by electrostatic shielding driven electrodeionization“, Journal of Engineering Science and Technology Review 2 (2009) 131-136, Technological Education Institute TEI of Kavala.