Ioninvaihtoremien

Ioninvaihtoremien ovat polymeerisiä kalvoja, jotka sallivat ionien kontrolloidun siirron sähköisen kentän vaikutuksesta. Kalvojen toiminta perustuu kiinteisiin varautuneisiin ryhmiin polymerissa, jotka tekevät ionien kulusta selektiivistä. Cationinvaihtoremien (CEM) kiinteät negatiiviset ryhmät päästävät kationit läpi ja estävät anionit, kun taas anioninvaihtoremien (AEM) kiinteät positiiviset ryhmät päästävät anionit läpi ja estävät cationit. Kalvot ovat yleensä hydratoituneita, ja ionien liikkuvuus sekä turvotus vaikuttavat suoritukseen.

Materiaalit ja rakenteet: Useimmat ioninvaihtoremien ovat polymeerisiä. CEM:issä käytetään esimerkkeinä sulfonihapporyhmiä sisältäviä polymeerejä (kuten Nafion) ja muita hydrofiilisiä kalvoja. AEM:issä kiinnitetään kvaternäärisiä ammonium-ryhmiä. Kalvot voivat olla homogeenisiä (yhtenäistä polymeria) tai heterogeenisiä (kalvopäällysteitä ja täyteaineita yhdistäviä).

Sovellukset: Ioninvaihtoremien keskeisiä käyttökohteita ovat elektrodialyysi desalinointiin ja ionipitoisuuden säätöön, elektroionisaatio sekä elintarvike- ja bioteknologian erotteluprosessit. Polttokennoissa käytetään protoninvaihtokalvoja, jotka ovat eräs CEM-tyyppinen alaryhmä.

Haasteet ja kehitys: Tärkeimpiä haasteita ovat tuotantokustannukset, kemiallinen kestävyys erityisesti hapettavissa olosuhteissa sekä turvotus ja fouling. Tutkimus keskittyy kestävien ja korkeaa suorituskykyä tarjoavien materiaalien sekä kustannustehokkaampien valmistusmenetelmien kehittämiseen.