Диализ и электродиализ

Сущность диализа – разделение растворенных веществ с различной молекулярной массой за счет селективной проницаемости мембран. Необходимое условие диализа – создание разности концентраций по обе стороны полупроницаемой мембраны.

Процесс диализа описывается уравнением:

Q=D_dS∆C,

где Q – количество вещества, перенесенного через мембрану за единицу времени;

D_d – коэффициент диализа, зависит от свойств мембраны и свойств жидкой пленки, образующейся на границе раздела между диализуемой пленкой и мембраной;

S – площадь поверхности мембраны;

∆C – разности концентраций переносимого вещества по обе стороны мембраны.

Диализ может быть использован для очистки ферментных растворов от низкомолекулярных веществ (сахаров, аминокислот, минеральных солей и т.д.). При этом степень очистки от этих веществ составляет 60-100 %. Весьма эффективен при высоком содержании в растворах солей.

Процесс диализа очень медленный и для очистки от балласта значительных объемов растворов требуется мембрана с большой поверхностью.

Используют самые разнообразные полупроницаемые мембраны (пергамент, армированный целлофан, целлофаны с различным размером пор и др.).

Электродиализ – относится к группе электромембранных процессов. Сущность этого мембранного метода состоит в том, что перенос ионов через мембрану интенсифицируют с помощью постоянного электрического тока. В процессах электродиализа используют мембраны с таким же размером пор, как у мембран обратного осмоса. Однако мембраны в этом случае выполнены из ионообменных смол.

Электрический потенциал подводится к аппарату через два электрода, размещенных в соответствующих электродных камерах:

Схема работы проточного диализатора

Обе камеры отделены от рабочей обессоливающей камеры, куда подается исходный рабочий раствор, ионообменными мембранами, со стороны катода – анионообменной, со стороны анода – катионообменной. Под действием постоянного электрического поля при работе аппарата катионы смещаются к аноду, встречают на пути катионообменную мембрану, проходят через нее в электродную камеру и в виде слабого раствора щелочи выводятся из аппарата.

Соответственно ведут себя и анионы, выходя из аппарата в виде слабого раствора кислоты. Обессоленный раствор ферментов (диализованный раствор) выводится из рабочей камеры. При этом образуется обессоленное течение (дилуат) и концентрированное течение (концентрат).

Электродиализ нельзя применять при выделении ферментов с четвертичной структурой (т.к. она формируется с участием ионов металлов), при выделении металлоферментов (они теряют свою активность).

Для электродиализа используют установки с катионными (пропускают катионы) и анионными (пропускают анионы) мембранами либо с мембранами обоих типов.

Целью электродиализа может быть извлечение продуктов из одной части раствора (дилуата или концентрата) или же обоих.

Электродиализ используют при производстве концентрата поваренной соли из морской воды, для очистки аминокислот, витаминов, ферментов и др.

Для улучшения диетической ценности детского питания из молочных продуктов методом электродиализа удаляются соли, во второй фракции остается лактозный концентрат.