Le terme dialyse désigne la diffusion d'un soluté au travers
d'une membrane qui lui est perméable.
L'électrodialyse désigne le transfert d'ions à travers une membrane qui
leur est perméable, sous l'effet d'un champ électrique.
On distingue:
- les membranes anioniques qui sont perméables aux anions (chlore,
fluor, cyanure...)
- les membranes cationiques qui sont perméables aux cations (sodium,
métaux,...)
Un électrodialyseur est généralement constitué par la répétition de
compartiments séparés alternativement par des membranes anioniques et
cationique.
Un champ électrique est appliqué perpendiculairement au plan des
membranes.
Les ions ne peuvent migrer que dans un seul sens imposé par le champ
électrique:
- les anions (chargés négativement) en direction de l'anode
(pôle positif)
- les cations (chargés positivement) en direction de la
cathode (pôle négatif)
Après avoir traversé une membrane ils seront bloqués contre
une membrane qu'ils ne peuvent traverser.
L'électrodialyseur est donc constitué d'une alternance:
- de compartiments d'où les ions disparaissent (compartiment de
dilution)
- de compartiments où les ions se concentrent (compartiment de
concentration)
Ce procédé permet donc d'obtenir, à partir d'une solution donnée, une
solution plus concentrée, le concentrat,
d'une part et une autre solution plus diluée, le diluat, d'autre
part.
Le transfert sélectif des ions est obtenu grace à des
membranes échangeuses d'ions:
- les membranes anioniques, perméables aux anions et imperméables aux
cations, contiennent des groupes fonctionnels chargés positivement
(ammonium quaternaire pour les électrolytes forts ou aminoacide pour les électrolytes faibles)
- les membranes cationiques, perméables aux cations et imperméables aux
anions, contiennent des groupes fonctionnels chargés négativement
(sulfoniques pour les électrolytes forts ou carboxyliques pour les électrolytes faibles)
Du
fait de la très faible taille des protons H+, les membranes anioniques
peuvent les laisser passer en partie surtout en millieu fortement acide.
Les matériaux employés sont:
- les copolymères de cellulose
- les copolymères de styrène
- les polymères de divinylbenzène
- les copolymères fluorés
Les membranes peuvent être:
- de type homogène obtenues par
polymérisation et polycondensation de monomères, dont l'un d'eux doit
contenir une fonction qui est ou peut être rendue échangeuse d'ions
-
de type hétérogènes, préparées à partir de particules échangeuses
d'ions, mélangées à un liant inerte (ex : PVC, polyéthylène)
Dans les installations industrielles, les électrodialyseurs
sont constitués d'empilements comportant plusieurs centaines de couples
de cellule élémentaires.
L'empilement est de type filtre presse, avec deux blocs porte-électrode
aux extrémités.
La distribution des fluides dans les espaces intermembranaires est
assurée par des successions d'orifices aménagés à la périphérie des
joints.
L'espace intermembranaire est délimité par des espaceurs dont
l'épaisseur peut atteindre 0,4mm.
Ces espaceurs doivent aussi créer des turbulences qui contribuent à
améliorer le rendement de la cellule.
Le transfert d'ions dans la membrane est limité par deux
phénomènes appelés polarisation:
- Polarisation primaire
Elle s'apparente à la polarisation de concentration rencontrée dans
d'autres procédés à membrane.
On l'évite en limitant l'intensité de courant.
- Polarisation secondaire
Elle est due à l'encrassement de la membrane par des dépots en surface,
ou à la pénétration de poisons.
On l'évite en inversant périodiquement le courant électrique et la
circularion des solutions.
Suivant l'applications de l'électrodialyse on peut: