Membran penukar ion

Membran penukar ion adalah suatu membran semipermeabel yang mengangkut ion terlarut tertentu, sambil mencegah ion lain atau molekul netral.
Membran penukar ion karenanya secara kelistrikan bersifat konduktif. Membran ini sering digunakan dalam aplikasi desalinasi dan pemulihan kimia, memindahkan ion dari satu larutan ke larutan lainnya dengan sedikit air yang melaluinya.
Contoh-contoh penting dari membran penukar ion termasuk membran penukar proton, yang mengangkut kation H⁺, serta membran penukar anion yang digunakan pada sel bahan bakar alkali tertentu untuk mengangkut anion HO⁻.

Struktur dan komposisi

Membran penukar ion umumnya terbuat dari polimer organik atau anorganik dengan gugus samping bermuatan (ionik), seperti resin penukar ion. Membran penukar anion mengandung gugus kationik tetap dengan anion yang sebagian besar bergerak; karena anion adalah spesi mayoritas, sebagian besar konduktivitasnya disebabkan oleh transportasi anion. Sebaliknya berlaku untuk membran penukar kation.
Yang disebut sebagai membran penukar ion heterogen memiliki biaya rendah dan komposisi yang lebih tebal dengan resistensi yang lebih tinggi dan permukaan kasar yang dapat disebabkan oleh pengotor. Membran homogen memiliki biaya lebih mahal, tetapi memiliki komposisi yang lebih tipis dengan resistensi yang lebih rendah dan permukaan yang halus, kurang rentan terhadap pengotor. Permukaan membran homogen dapat dimodifikasi untuk mengubah permselektivitas membran terhadap proton, ion monovalen, dan ion divalen.

Membran penukar anion

Membran penukar anion (anion exchange membrane; AEM) adalah suatu membran semipermeabel umumnya terbuat dari ionomer dan dirancang untuk menghantarkan anion ketika kedap terhadap gas seperti oksigen atau hidrogen.
Membran penukar anion digunakan dalam sel elektrolisis dan sel bahan bakar untuk memisahkan reaktan yang terdapat di sekitar dua elektrode saat mengangkut anion yang penting untuk operasi sel. Contoh utama membran ini adalah membran penukar anion hidroksida yang digunakan untuk memisahkan elektrode pada sel bahan bakar metanol langsung (direct methanol fuel cell; DMFC) atau sel bahan bakar etanol langsung (direct-ethanol fuel cell; DEFC).

Membran penukar kation

Membran penukar proton (proton exchange membrane; PEM) adalah sebuah membran semipermeabel yang secara umum dibuat dari ionomer dan dirancang untuk menghantarkan proton ketika berperan sebagai suatu insulator listrik dan penghalang reaktan, seperti untuk gas oksigen dan hidrogen. Salah satu bahan PEM yang paling umum dan tersedia secara komersial adalah fluoropolimer (PFSA) Nafion, sebuah produk DuPont.
Sel bahan bakar PEM menggunakan membran ini sebagai elektrolit. Polimer ini dapat diresap ke dalam proton ketika jenuh dengan air, tetapi tidak menghantarkan elektron.

Aplikasi

Membran penukar ion secara tradisional digunakan dalam elektrodialisis atau dialisis difusi dengan menggunakan potensial listrik atau gradien konsentrasi, masing-masing, untuk secara selektif mengangkut spesi kationik dan anionik. Ketika diterapkan dalam proses desalinasi elektrodialisis, membran penukar anion dan kation biasanya disusun dalam pola bolak-balik antara dua elektrode (anode dan katode) dalam tumpukan elektrodialisis. Potensial galvanik diberikan sebagai tegangan yang dihasilkan pada elektrode.
Tumpukan elektrodialisis industri khusus terdiri dari dua ruang: ruang produk-air dan ruang konsentrat-tolakan. Selama operasi tumpukan, garam ditransfer dari produk ke konsentrat. Akibatnya, aliran penolakan terkonsentrasi naik sementara aliran produk berkurang.
Contoh aplikasi dari membran penukar ion yang digunakan dalam elektrodialisis dan EDR adalah pada desalinasi air laut, pengolahan air limbah industri dari air yang sangat berskala, produksi makanan dan minuman, serta air limbah industri lainnya.