Ioninvaihtokalvo on puoliläpäisevä kalvo , joka kuljettaa tiettyjä liuenneita ioneja samalla kun se estää muita ioneja tai neutraaleja molekyylejä.
Siten ioninvaihtokalvot ovat sähköä johtavia. Niitä käytetään useimmiten suolanpoistoon ja kemialliseen talteenottoon siirtäen ioneja liuoksesta toiseen.
Tärkeitä esimerkkejä ioninvaihtokalvoista ovat protoninvaihtokalvot , jotka kuljettavat H + -kationeja , ja anioninvaihtokalvot, joita käytetään joissakin alkalisissa polttokennoissa OH-anionien kuljettamiseen [1] .
Ioninvaihtokalvo on tyypillisesti valmistettu orgaanisesta tai epäorgaanisesta polymeeristä , jossa on varautuneita (ionisia) sivuryhmiä . (esimerkiksi - ioninvaihtohartsit ). Anioninvaihtokalvot sisältävät kiinteitä kationisia ryhmiä, joissa on pääasiassa liikkuvia anioneja. Koska anionit muodostavat suurimman osan hiukkasista, suurin osa johtumisesta johtuu anionien kuljetuksesta. Kationinvaihtokalvojen kohdalla tilanne on päinvastainen. Ns. heterogeeniset ioninvaihtokalvot ovat edullisia ja paksumpia, kestävämpiä ja niissä on karkea pinta, joka voi kontaminoitua. Homogeeniset kalvot ovat kalliimpia, mutta ohuempia, vähemmän vastustavia ja sileä pinta, vähemmän likaantumista. Tasaisia kalvopintoja voidaan muokata luomaan puoliläpäiseviä kalvoja, yksi- ja kaksiarvoisia ioneja.
Ioninvaihtokalvon selektiivisyys johtuu Donnanin tasapainosta , eikä tiettyjen varautuneiden lajien fysikaalisesta estämisestä tai sähköstaattisesta poissulkemisesta. Selektiivisyyttä vastakkaisten varausten ionien siirtoon kutsutaan selektiiviseksi permeabiliteetiksi [2] .
Ioninvaihtokalvoja on perinteisesti käytetty sähködialyysissä tai diffuusiodialyysissä sähköpotentiaalin tai pitoisuusgradientin avulla kuljettamaan selektiivisesti kationisia ja anionisia aineita. Käytettäessä elektrodialyysin suolanpoistoprosesseissa anioninvaihto- ja kationinvaihtokalvot sijoitetaan tyypillisesti vuorotellen kahden elektrodin ( anodi ja katodi ) väliin elektrodialyysiakkuun. Galvaaninen potentiaali syötetään jännitteenä, joka syntyy elektrodien yli.
Tyypillinen teollinen elektrodialyysilaitos koostuu kahdesta kammiosta: virtauskammiosta, josta suola on poistettu (laimennuskammio) ja rikastekammiosta. Laitoksen käytön aikana suolat siirtyvät tuotteesta rikasteeseen. Tämän seurauksena jätevirta väkevöidään ja tuotevirrasta poistetaan suola [3] .
Käyttöesimerkkejä ioninvaihtokalvoista: suolanpoisto, teollisuusjätevesien käsittely, jossa on suuri saastuminen, ruoan ja juoman tuotanto ja muut.