Estudio de la dinámica del transporte en sistemas de electrodiálisis de aniones orgánicos obtenidos a partir de recursos renovables

Abstract

[ES] En este trabajo se estudiará la dinámica del transporte de aniones orgánicos obtenidos a partir de recursos renovables y concentradas mediante electrodiálisis. Dicho transporte tiene lugar a través de membranas de intercambio aniónico, las cuáles forman parte de celdas de electrodiálisis. Los ácidos orgánicos pertenecen a un grupo de compuestos conocidos como platform chemicals. Se definen como platform chemicals aquellos compuestos químicos que presentan cadenas -C-C- sencillas y que se pueden emplear en la síntesis de moléculas más complejas de interés en la industria química. La caracterización de los fenómenos de transporte de dichos aniones se realizará mediante la obtención de curvas cronopotenciométricas, en las que se representa la caída de potencial a través de la membrana como función del tiempo tras la aplicación de una densidad de corriente constante. Se evaluará el efecto del pH sobre el proceso de concentración mediante electrodiálisis puesto que la obtención de ácidos orgánicos a partir de recursos renovables, como la biomasa, puede tener lugar mediante distintas rutas de producción a diferentes valores de pH. Se ha sometido a estudio un electrolito débil, cuya disociación es incompleta y por tanto, las especies presentes en disolución dependen del valor del pH. El efecto de la estructura de la membrana empleada se investigará mediante el empleo de membranas de diferente composición. Tras caracterizar el transporte a través de membranas de intercambio aniónico se propondrá un modo de operación alternativo que permitirá atenuar los efectos de la polarización por concentración. Puesto que la etapa de concentración es la etapa con mayor consumo energético, es necesario reducir dicho gasto, con el fin de que la obtención de platform chemicals a partir de recursos renovables sea competitiva con los procesos de obtención tradicionales a partir de combustibles fósiles.

[EN] In this work, the dynamics of transport of organic anions obtained from renewable resources and concentrated via electrodialysis will be studied. These anions are transported through anion exchange membranes, which are part of an electrodialysis cell. Organic acids belong to a group of compounds known as platform chemicals. Platform chemicals are defined as those chemical compounds that have simple -C-C- chains and can serve to produce larger molecules of interest in the chemical industry. The characterization of the transport phenomena of these anions will be carried out by registering chronopotentiometric curves, in which the potential drop across the membrane is plotted as a function of time after the application of a constant current density. The effect of pH on the concentration by electrodialysis will be studied, since obtaining organic acids from renewable resources, such as biomass, depending on the production route, can take place at different pH values. In addition, a weak electrolyte has been studied, whose dissociation is incomplete, and the species present in the bulk solution depend on the pH value. The effect of the membrane structure on the transport will be investigated by using membranes of different composition. After the transport through anion exchange membranes characterization, an alternative operational mode to reduce the effects of polarization concentration will be proposed. As the concentrating step represents the largest energetical expense, it essential to reduce said costs to make the process competitive with the traditional obtaining processes from fossil fuels.

[CA] En aquest treball s’estudiarà la dinàmica del transport d’anions orgànics obtinguts mitjançant l’ús de recursos renovables i emprant cel·les d’electrodiàlisi per a la seua concentració. Aquest transport té lloc a través de membranes d’intercanvi aniònic, les quals formen part de cel·les d’electrodiàlisi. Els àcids orgànics pertanyen a un grup de compostos coneguts com platform chemicals. Els platform chemicals es defineixen com compostos químics que presenten cadenes de -C-C-senzilles i que donen lloc a un gran nombre de productes d’interès a la indústria química. La caracterització dels fenòmens de transport de aquests anions es farà mitjançant l’obtenció de curves cronopotenciomètriques, amb les quals s’estudia la caiguda de potencial a través de la membrana com a funció del temps quan s’aplica una densitat de corrent constant. S’avaluarà l’efecte del pH sobre el procés de concentració mitjançant electrodiàlisi, donat que l’obtenció d’àcids orgànics a partir de recursos renovables, com la biomassa, depenent de la ruta de producció, té lloc a distints valors de pH. S’ha sotmès a estudi un electròlit dèbil, la dissociació del qual es incompleta i per tant les espècies presents en dissolució depenen del pH. L’efecte de l’estructura de la membrana s’investigarà usant membranes de diferent composició. Després d’haver caracteritzat el transport a través de membranes d’intercanvi aniònic, es proposarà un mode d’operació alternatiu per a atenuar els efectes de la polarització per concentració. Donat que l’etapa de concentració es l’etapa amb major consum energètic del procés es pretén reduir aquest consum; de manera que l’obtenció platform chemicals a partir de recursos renovables siga competitiva amb els processos d’obtenció tradicionals a partir de combustibles fòssils.