Eletrodiálise: como funciona, vantagens, desvantagens, usos - Ciência - 2023

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o eletrodiálise é o movimento de íons através de uma membrana semipermeável, impulsionado por uma diferença no potencial elétrico. As membranas utilizadas na eletrodiálise têm a propriedade de serem trocadoras de íons por cátions ou ânions.

As membranas de troca catiônica têm cargas negativas: elas permitem a passagem dos cátions e repelem os ânions. Enquanto isso, as membranas de troca aniônica têm uma carga positiva: elas permitem que os ânions passem e repelam os cátions.

As câmaras ou células de eletrodiálise são organizadas em pacotes com várias membranas de troca aniônica e catiônica, que se alternam entre si. As membranas de troca aniônica e catiônica delimitam os espaços onde são realizados os processos de diluição e concentração dos líquidos.

A força motriz dos fluxos iônicos que passam pelas membranas das células de eletrodiálise é a diferença de potencial elétrico entre um cátodo e um ânodo.

Já na osmose reversa, o fluxo de água do compartimento de maior osmolaridade para o compartimento de menor osmolaridade se deve ao aumento da pressão hidrostática, ocasionado pela ação de uma bomba.

Como funciona na diluição de água?

Descrição de um pacote de cinco células de eletrodiálise

No diagrama mostrado (imagem superior), a localização de seis membranas de troca iônica é indicada: três para troca catiônica e três para troca aniônica, que são intercaladas entre si. Essas membranas delimitam cinco compartimentos por onde circulam os fluidos envolvidos na eletrodiálise (ver setas vermelhas e azuis).

As membranas de troca aniônica têm carga positiva, aparecendo no esquema de cor azul mostrado. Estes deixam os ânions passarem e repelem os cátions por repulsão eletrostática.

As membranas de troca catiônica, por sua vez, possuem carga negativa, sendo indicadas no esquema de cores verde. Eles são atravessados por cátions, porém ânions repelidos.

Ambos os tipos de membranas são impermeáveis à água. O esquema mostra dois espaços onde ocorre uma diluição do teor salino da água. No diagrama, os fluxos aquosos para dentro e para fora desses espaços são indicados em azul, identificados como corrente D.

Entretanto, existem três espaços onde circula água com elevado teor salino, sendo identificados a vermelho. As entradas e saídas para esses compartimentos são indicadas no diagrama como corrente C.

Da mesma forma, os compartimentos ânodo (+) e cátodo (-) são indicados no diagrama, por onde flui a corrente E.

Como funciona a eletrodiálise

Os cátions são atraídos pela carga do cátodo (-), enquanto o ânodo (+) os repele. Os ânions são atraídos pela carga do ânodo (+) e repelidos pela carga do cátodo (-).

A observação, por exemplo, das células três, quatro e cinco, indica o seguinte: nas células três e cinco circula líquido concentrado, enquanto na célula quatro circula líquido de diluição.

O íon Cl^– do compartimento quatro é atraído pela carga do ânodo e passa pela membrana de troca aniônica que o separa do compartimento cinco.

Enquanto isso, o íon Na⁺ do compartimento cinco é repelido pela carga positiva do ânodo, mas sem ser capaz de entrar no compartimento quatro. Isso ocorre porque a membrana que separa os compartimentos quatro e cinco é uma troca aniônica, por isso repele os cátions.

Por outro lado, o Na⁺ do compartimento quatro é repelido pelo ânodo (+) e passa pela membrana de troca catiônica (-) que o separa do compartimento três.

Em resumo: a concentração de Na⁺ e Cl^– do compartimento quatro tende a diminuir. Em seguida, a concentração de sal diminui nos compartimentos de diluição e aumenta nos compartimentos de concentração.

Vantagens e desvantagens

Vantagem

-A eletrodiálise é uma operação simples e contínua.

-Nenhum tratamento químico é necessário para regenerar as membranas de troca.

-Existe um baixo custo de operação e manutenção, exigindo pouco espaço para seu funcionamento.

Desvantagens

-Partículas com diâmetro superior a 1 µm podem obstruir as membranas de troca iônica.

-A utilização de água com dureza superior a 1 não é recomendada, pois o carbonato de cálcio cria uma crosta nas células do concentrado.

- Requer tratamento de remoção de dióxido de carbono (CO₂), uma vez que esta dissociação pode modificar a condutividade da água.

Diferença entre diálise e eletrodiálise

A diálise é o fluxo de água através de uma membrana semipermeável do compartimento osmolar inferior para o compartimento osmolar superior. O compartimento com menor osmolaridade possui maior concentração de moléculas de água.

Por esse motivo, a água flui, em favor de seu gradiente de concentração, do compartimento com menor osmolaridade para o compartimento com maior osmolaridade.

A eletrodiálise, por outro lado, é um fluxo de íons através de uma membrana de troca iônica que permite que os íons passem ou não, dependendo de sua carga elétrica. A força motriz para o movimento de íons é uma diferença no potencial elétrico.

Ao contrário da diálise, na eletrodiálise não há fluxo de água através das membranas e há apenas fluxo de íons.

Aplicações de eletrodiálise

Desmineralização de água

Existem plantas de eletrodiálise que processam água com alto teor de sal para produzir água potável. A eletrodiálise também é usada para processar águas residuais de uso doméstico e industrial, a fim de torná-las adequadas para consumo posterior.

A eletrodiálise é usada especificamente na recuperação de metais valiosos presentes em águas efluentes de indústrias. Também é usado na remoção de sais e ácidos de soluções aquosas e na separação de compostos iônicos de moléculas neutras.

Indústria alimentícia

Embora a eletrodiálise seja usada nas indústrias farmacêutica, cosmética e outras, seu uso mais difundido é na indústria de alimentos. Dentre algumas de suas aplicações, podemos citar as seguintes:

-Demineralização de soro e melaço

-Estabilização do ácido tartárico no vinho

- Diminuição da acidez dos sucos de frutas

-Produção de isolados de proteína vegetal

-Fracionamento de proteínas de soro de leite

-Demineralização de óleos de soja e peixe

-Remoção de íons alcalinos de beterraba e melaço de cana

-Tratamento de resíduos de frutos do mar

-Demineralização de mosto de uva e suco de batata

-Concentração e recuperação de ácidos orgânicos

-Produção de proteínas de soja

- Enriquecimento de antioxidantes

Referências

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Wikipedia. (2020). Eletrodiálise. Recuperado de: en.wikipedia.org
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