Geavanceerde composietmembranen met nanopartikelen-versterkte ionenuitruilers voor efficiënte electrodialytische desalinisatie van glycerol

Samenvatting

Composietmembranen zijn verkreken door modificatie van heterogene polymere kation- en anion-uitruilmembranen met respectievelijk nanopartikelen van zirconiumhydrofosfaat en gehydrateerd zirconiumdioxide. De ionenuitruilmaterialen zijn onderzocht met elektronenmicroscopie, potentiometrie, voltammetrie en impedantiespectroscopie. Enkele nanopartikelen, die in waterige media neerslaan, vormen aggregaten wanneer de composieten in contact komen met polaire organische oplosmiddelen. Zowel enkele nanopartikelen (tot 10 nm) als hun aggregaten (tot 200 nm) werden geprecipiteerd in ionenuitruilpolymers in glycero-media. Niet-geaggregeerde nanopartikelen verbeteren de elektrische geleiding van de ionenuitruilmaterialen, terwijl de aggregaten barrières vormen tegen vervuiling. De membranen werden toegepast voor NaCl-verwijdering uit hooggeconcentreerde glycero-water-mengsels met organische additieven (bijproduct van biodieselproductie). In tegenstelling tot ongewijzigde materialen tonen de composieten stabiliteit tegen vervuiling.

Achtergrond

Elektrodialyse wordt toegepast als oplossing voor verschillende problemen: waterbehandeling en waterconditionering, met name verwijdering van giftige ionische componenten uit grondwater, of voorbereiding van water uit vloeibare afvalstoffen van de zuivelindustrie voor reiniging van apparatuur, verwerking van omgekeerde osmose-concentraat, of secundaire afvalstoffen na regeneratie van sorbentia, desalinisatie van proteïneconcentraat, productie van organische zuren, en veel andere praktische taken.

Een zeer belangrijk praktisch probleem is de verwerking van niet-waterige oplossingen, bijvoorbeeld glycerol, dat ontstaat als bijproduct tijdens biodieselproductie. Glycerol kan verder worden gebruikt voor synthese van dihydroxyacetoon, succijnzuur, propijnzuur, citroenzuur, pigmenten, etc., voor productie van synthetisch gas en zelfs als brandstof. Echter, voorlopige diepe desalinisatie is noodzakelijk aangezien glycerol geproduceerd op deze manier hoge hoeveelheden minerale componenten bevat (voornamelijk NaCl). De meest voorkomende zuiveringsmethode is extreem energie-intensieve destillatie. Ionenuitruil evenals omgekeerde osmose kunnen alleen worden toegepast op licht gemineraliseerde oplossingen. Ultrafiltratie, voorgesteld voor verwijdering van palmitine- en oleïnezuur uit glycerol, kan niet worden toegepast voor desalinisatie.

Elektrodialyse wordt verwacht de meest geschikte methode te zijn voor glyceroldesalinisatie, aangezien het proces kan worden gebruikt voor verwijdering van anorganische ionen uit oplossingen van een brede concentratie-interval. Bipolaire elektrodialyse is eerder ontwikkeld voor glyceroldesalinisatie: een desalinisatiegraad boven 80% werd bereikt met glycerolverliezen onder 2%. Traditioneel worden polymere ionenuitruilmembranen gebruikt voor elektrodialyse. In het geval van ruw glycerol, dat hoge hoeveelheden organische additieven bevat, wordt vervuiling van de polymere membranen verwacht.

In het geval van materialen voor drukgedreven membraneseparatie, biedt modificatie van de membranen met anorganische nanopartikelen (SiO₂, Fe₂O₃, ZrO₂, TiO₂, zirconiumhydrofosfaat) hun stabiliteit tegen vervuiling met organica. Een vergelijkbare benadering werd toegepast op ionenuitruilmembranen voor brandstofcellen. Functies van de anorganische modifier zijn het verbeteren van de protongeleiding van de membranen en het voorkomen van hun dehydratatie bij hoge temperaturen. De laatste jaren werden organisch-anorganische membranen voor elektrodialyse onderzocht. Nanopartikelen van anorganische ionenuitruilers transformeren zelfs inerte polymeren tot ionenuitruilmembranen, vergelijkbaar met keramische membranen. Echter, polymere ionenuitruilmembranen worden vergiftigd door organische oplosmiddelen: herorganisatie van hun poreuze structuur leidt tot verslechtering van functionele eigenschappen, bijvoorbeeld verhoogt het methanolcrossover. Dit beïnvloedt ongetwijfeld de lokalisatie van anorganische deeltjes, die niet-geaggregeerd moeten zijn om een hoge snelheid van iontransport te garanderen.

Het doel van het werk was het verkrijgen van organisch-anorganische membranen voor desalinisatie van niet-waterige oplossingen, die een stabiele structuur in deze media, hoge ladingselectiviteit, aanzienlijke elektrische geleiding en stabiliteit tegen vervuiling met organica combineren. De taak van het werk is de ontwikkeling van modificatiemethoden met ionenuitruilharzen als model polymere matrices, aangezien deze materialen gebruikt worden voor de bereiding van heterogene membranen. Andere problemen zijn de toepassing van de modificatietechniek op membraanbereiding, het onderzoek van morfologie en functionele eigenschappen van de composietmaterialen, en het testen van de membranen in het proces van desalinisatie van ruw glycerol.

Gehydrateerd zirconiumdioxide (HZD) werd gebruikt als modifier van de anion-uitruilmembraan. Deze ionenuitruiler toont anion-uitruilvermogen in zuur en neutrale media. Amorf zirconiumhydrofosfaat (ZHP) werd toegepast voor modificatie van kation-uitruilmembranen. Deze anorganische ionenuitruiler bezit een hoge uitruilcapaciteit, is chemisch stabiel en vereist geen dure chemische reagentia voor synthese.

Experimenteel

Oplossingen voor elektrodialyse

Het afvalwater verkregen tijdens biodieselproductie (Trostyanetz distilleerderij van 'Ukrspirt State Company', Oekraïne) werd toegepast voor de onderzoeken. Deze glycerol-gebaseerde oplossing bevatte water (10 massa%), organische verontreinigingen (8 massa%) en 1000 mol m⁻³ NaCl. Waterige NaCl-oplossingen werden ook gebruikt voor potentiometrische en impedantiemetingen.

Modificatie van ionenuitruilharzen

Gegraane polystireen-divinylbenzeen gel-achtige harzen, nl. Dowex HCR-S (sterk zuur kationuitruiler) en Dowex Marathon A (sterk basis anionuitruiler), geproduceerd door Dow Chemical, werden voorlopig onderzocht. Dit was nodig voor onderzoek van de composieten met transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en voor de keuze van de meest geschikte modificatiemethode. De kationuitruiler en anionuitruiler werden gemodificeerd met respectievelijk ZHP en HZD.

De eerste serie monsters werd bereid volgens de volgende stappen: (i) imprégnation van het hars met water, (ii) imprégnation van het natte hars met een 1 M ZrOCl₂-oplossing gedurende 24 uur bij 298 K (verhouding volume hars en oplossing 1:20), (iii) wassen van het hars met een HCl-oplossing (10 mol m⁻³) tot constant pH van het afloopwater (ongeveer 2) om additioneel gesorbeerd elektrolyt zo volledig mogelijk te verwijderen, (iv) behandeling van het hars met een 1 M H₃PO₄-oplossing bij 298 K (verhouding volumes hars en oplossing 1:10) gevolgd door wassen met gedemineraliseerd water tot neutrale reactie van het afloopwater, (v) behandeling met ultrasoon bij 30 kHz met behulp van een Bandelin-apparaat (Bandelin, Hongarije) om het buitenoppervlak van de korrels te reinigen, en (vi) behandeling met glycerol gevolgd door wassen met gedemineraliseerd water en drogen in een desiccator over CaCl₂ bij kamertemperatuur tot constante massa. Na stap (v) werd een deel van het hars genomen en gedroogd in de desiccator.

Wat de anionuitruiler betreft, was de modificatieprocedure vergelijkbaar. Echter, een gemengde oplossing (1 M ZrOCl₂ en 7 M HCl) werd gebruikt voor harsimprégnation (stap ii), 7 M HCl werd gebruikt voor wassen tot verdwijnen van troebelheid van het afloopwater na neutralisatie (stap iii). Het anorganische bestanddeel werd geprecipiteerd met een 1 M NH₄OH-oplossing (stap iv).

De tweede serie monsters werd op dezelfde manier bereid; echter, een 0,1 M ZrOCl₂-oplossing in glycerol werd gebruikt voor harsimprégnation. Oplossingen van H₃PO₄ of NH₄OH in glycerol werden gebruikt voor de neerslag van respectievelijk ZHP of HZD.

Modificatie van ionenuitruilmembranen

CMI 7000 kation-uitruil (CM) en AMI 7000 anion-uitruil (AM) heterogene membranen (Membrane International), met een dikte in gezwollen toestand van ongeveer 600 μm, werden onderzocht. De membranen werden gemodificeerd met respectievelijk ZHP en HZD. De modificatieprocedure was vergelijkbaar met die beschreven voor de tweede serie monsters. Na de laatste droging werden de membranen gewogen.

SEM en TEM

Onderzoeken van de membranen met behulp van scanning elektronenmicroscopie (SEM) werden uitgevoerd met behulp van JEOL JSM 6700 F en JEOL JFC-1600 microscopieën (JEOL, Japan). Vooraf werd een platinalaag op het monster gedeponeerd bij 3 Pa met behulp van een JEOL JFC-1600 Auto fine coater (JEOL, Japan). Een JEOL JEM 1230 transmissie-elektronenmicroscoop (JEOL, Japan) werd toegepast op gekneusde ionenuitruilharzen. Voor de onderzoeken werden zowel de membranen als harzen met ultrasoon behandeld.

Onderzoek van iontransport

Een twee-compartment gecelleerde cel voorzien van Ag/AgCl-elektrodes werd gebruikt voor potentiometrische metingen, uitgevoerd met een SCH-1312 voltmeter (Analitpribor, Oekraïne). De celcompartimenten werden gevuld met waterige NaCl-oplossingen (0,5 en 1 M) vergelijkbaar met [46, 47].

Elektrische weerstand van de membranen werd gemeten met een twee-compartment cel voorzien van platina-elektrodes. Waterige NaCl-oplossingen vulden de cel. De metingen werden uitgevoerd met een Autolab impedantiesysteem bij 1 × 10⁻² – 1 × 10⁶ Hz. De celweerstand werd bepaald als een breed plateau van de frequentie-afhankelijkheid van het reële deel van de impedantie. De membraanweerstand werd berekend als het verschil tussen de weerstanden van de cel met en zonder membraan [47, 48]. Voor vergelijking werd de elektrische geleiding van H–(OH) vormen van de ionenuitruilharzen op dezelfde manier gemeten [43, 44]. Gedemineraliseerd water werd gebruikt als niet-geleidend medium.

Voltammetrische metingen werden uitgevoerd volgens een vier-elektroden-schema vergelijkbaar met [46]. Het schema omvatte een twee-compartment gecelleerde cel, twee platina werkelektrodes, verbonden met een IPPT 65-49 stroomvoorziening (Ukrrospribor LTD, Oekraïne) en een SCH-4311 amperemeter (Analitprobor, Oekraïne). Twee Ag/AgCl-elektrodes waren verbonden met een voltmeter. De referentie-elektrodes werden voorzien van Luggin-capillairen.

Alle experimenten werden uitgevoerd bij 298 K.

Elektrodialyse van glyceroloplossing

De experimentele opstelling omvatte een zeven-compartment cel, drie onafhankelijke vloeistoflijnen, stroomvoorziening en meetinstrumenten zoals hierboven vermeld (Fig. 1). De desalinisatiecompartimenten bevatten een rooster voor stroomverstoring. Een effectief membraanoppervlak was 30 cm² (30 cm × 1 cm), een afstand tussen de membranen van 4 mm, een dwarsdoorsnede van elk compartiment van 0,4 cm². De composietmembranen werden geplaatst tussen de desalinisatie- en concentratiecompartimenten, andere membranen waren ongewijzigd. Ter vergelijking werd het scheidingsproces uitgevoerd met alleen ongewijzigde membranen tussen alle compartimenten.

Een glyceroloplossing (200 cm³) werd door de desalinisatiecompartimenten geleid volgens cyclische werking. Een NaCl-oplossing, initiële concentratie 0,01 M (200 dm³), circuleerde door de concentratiecompartimenten. Een 0,05 M Na₂SO₄-oplossing werd door de elektrodecompartimenten geleid.

Resultaten

Aggregatie van nanopartikelen binnen de polymere matrix

De lokalisatie van anorganische deeltjes binnen polymere ionenuitruilers wordt bepaald door de poreuze structuur van deze materialen in gezwollen toestand. De structuur is bekend om gel-achtige regio's te omvatten, waar nanoschaal clusters (tot 20 nm) en smalle kanalen ertussen zich bevinden (cluster-kanaalstructuur van polymere ionenuitruilmaterialen wordt in detail beschreven in [49,50,51]). Clusters en kanalen, die functionele groepen bevatten, worden beschouwd als transportporiën. Hydrofobe velden van koolwaterstofketens zijn geplaatst in hohlruimtes tussen gelvelden. Porien van micron-grootte zijn gerelateerd aan structuurdefecten en hohlruimtes tussen ionenuitruiler en binder (voor heterogene membranen).

Visualisatie van niet-geaggregeerde anorganische nanopartikelen is alleen mogelijk voor harzen: hun korrels kunnen relatief gemakkelijk gekneusd worden tot een grootte die TEM-beelden toestaat. De foto's van de organisch-anorganische kationuitruiler van de eerste serie voor en na behandeling met glycerol (d.w.z. na modificatiestappen v en vi) zijn gegeven in Fig. 2. Niet-geaggregeerde bolvormige ZHP-nanopartikelen (4–20 nm) zijn zichtbaar, aggregaten bleken praktisch afwezig. Niet-geaggregeerde HZD-nanopartikelen werden ook in de anionuitruiler gevonden. De nanopartikelen zijn duidelijk geplaatst binnen clusters en kanalen en gestabiliseerd door hun wanden.

Na behandeling met organisch oplosmiddel werden geen enkele nanopartikelen gevonden. Ze vormen aggregaten (≈100 nm), die duidelijk buiten de transportporiën zijn gelokaliseerd. De aggregatie is waarschijnlijk te wijten aan clusterherorganisatie veroorzaakt door adsorptie van organisch oplosmiddel. Bovendien kan de herorganisatie worden veroorzaakt door de lagere dielektrische doorlaatbaarheid van glycerol in vergelijking met water. Dit versterkt de afstoting van tegen-ionen van functionele groepen. Als resultaat van herorganisatie verlaten de nanopartikelen de transportporiën en vormen aggregaten erbuiten.

Niet-geaggregeerde ZHP-nanopartikelen (2–10 nm), geprecipiteerd uit glyceroloplossing, zijn zichtbaar in het monster van de tweede serie (Fig. 3). Grotere deeltjes (tot 300 nm) zijn ook zichtbaar op de afbeelding met lagere resolutie. Deze deeltjes zijn duidelijk gerelateerd aan aggregaten, die duidelijk in hohlruimtes tussen gelregio's zijn geplaatst.

Vergelijkbare regelmatigheden van nanopartikelsvorming zijn kennelijk kenmerkend voor de membranen. Zo werd vastgesteld dat de massainhoud van ZHP en HZD in de membranen respectievelijk 4,5 en 3,9% was. Na behandeling met glycerol werden kleine aggregaten (tot 300 nm) binnen het ionenuitruilbestanddeel van de membranen gevonden (Fig. 4). Deze aggregaten zijn duidelijk gevestigd in de hohlruimtes tussen gelregio's. Geen grote deeltjes, met een grootte vergelijkbaar met poriën tussen het ionenuitruilpolymer en binder, werden gevonden (Fig. 4).

Elektrische geleiding en ladingselectiviteit van de membranen

De logaritme van de specifieke elektrische geleiding van de membranen (log κ̄) is in Fig. 5 uitgezet tegen de geleiding van de waterige NaCl-oplossing (κ). Zichtbaar is dat een verlaging van de oplossingsconcentratie een daling van de κ̄-waarden veroorzaakt door afname van de hoeveelheid additioneel gesorbeerd elektrolyt (zowel tegen- als mede-ionen). Het elektrolyt vult poriën die geen functionele groepen bevatten. De κ̄-grootte omvat iontransport door clusters en kanalen. Wanneer de diffusiedeelen van elektrische dubbellaag niet overlappen, is deze transport te danken aan oppervlakte- en vloeistofgeleiding.

In het geval van een kation-uitruilmembraan geïmpregneerd met een oplossing, wordt de geleiding als volgt bepaald: formule (1). Hierbij is F de Faraday-constante, z het ladinggetal, ū de mobiliteit en C̄ de concentratie, '+'- en '−'-subscripten corresponderen respectievelijk met kationen en anionen, '/' superscript betreft tegen-ionen in clusters en kanalen, '//' index wordt toegeschreven aan tegen- en mede-ionen in poriën, vrij van functionele groepen. Onder de voorwaarden van z₊ū₊ᐟC₊ᐟ << C̄ᐟᐟ(z₊ū₊ᐟᐟ + z₋ū₋ᐟᐟ), kan de concentratie van soorten buiten clusters en kanalen worden bepaald als C̄ᐟᐟ = κ̄/(z₊ū₊ᐟᐟ + z₋ū₋ᐟᐟ). Hierbij worden ū₊ᐟᐟ en ū₋ᐟᐟ verondersteld gelijk te zijn aan de mobiliteit van soorten in de buitenoplossing.

De afhankelijkheden van C̄ᐟᐟ/C van C (waar C de concentratie van de buitenoplossing is) worden in Fig. 6 getoond. Deze verhouding neemt toe in het gebied van lage concentratie door onderdrukking van oppervlaktegeleiding door clusters. Vervolgens bereikt de verhouding ongeveer constante waarden. Het plateau correspondeert met het concentratie-interval, waarin de geleiding voornamelijk wordt bepaald door het additioneel gesorbeerde elektrolyt.

Extrapolatie van de curve, die de afhankelijkheid van lg κ̄ van κ weergeeft, naar κ = 0 geeft een nogal lage waarde. Deze waarde correspondeert met iontransport alleen door clusters en kanalen (Tabel 1). Deze κ̄-waarden zijn lager voor de gemodificeerde membranen, wat overeenkomt met gegevens verkregen voor de ionenuitruilharzen (Tabel 2). Lineaire gebieden van de curven zijn gerelateerd aan het concentratiegebied, waar de geleiding van de membranen voornamelijk wordt bepaald door additioneel gesorbeerd elektrolyt. Het is geldig voor dit concentratie-interval: formule (2), waar b₁ en b₂ empirische coëfficiënten zijn. Ze weerspiegelen het schermeffect van de polymere matrix (ongewijzigde membranen) of zowel matrix als aggregaten (gemodificeerde membranen).

Lagere waarden van de coëfficiënten voor de gemodificeerde membranen tonen aan dat de aggregaten een functie vervullen als barrière tegen additioneel gesorbeerd elektrolyt. Aangezien organica kunnen adsorberen op hydrofobe delen van polymere ketens, wordt verondersteld dat de aggregaten de membranen beschermen tegen vervuiling.

Transportgetallen van tegen-ionen door de membraan (t̄) werden bepaald uit metingen van membraanpotentiaal (E_m) gevolgd door berekeningen uit formule [47]: formule (3), waar a₁ en a₂ de activiteit van de minder en meer geconcentreerde oplossingen zijn, R de gasconstante, en T de temperatuur.

Voltammetrische curven verkregen voor waterige NaCl-oplossingen volgens vier-elektroden-schema zijn gegeven in Fig. 7. Zichtbaar is dat de waarden van de begrenzingsstroomdichtheid (i_lim) praktisch hetzelfde zijn voor zowel ongewijzigde als gemodificeerde kation-uitruilmembranen. De gemodificeerde anion-uitruilmembraan toont iets lagere stroomdichtheid dan de ongewijzigde membraan, wat een verslechtering van ladingselectiviteit aangeeft.

In het gebied van i < 0,75 i_lim wordt geen lineariteit van de voltammetrische afhankelijkheden waargenomen voor de ongewijzigde membranen. De non-lineariteit duidt op concentratiepolarisatie, die optreedt in de grootste poriën tussen het ionenuitruilpolymer en binder. Dit fenomeen is typerend voor heterogene membranen [50]. Echter, de voltammetrische afhankelijkheid is lineair voor de gemodificeerde membranen bij i < 0,75 i_lim. Dit wijst op een uitsluiting van iontransport door de grootste poriën van de composietmembranen, kennelijk door vermindering van de hoeveelheid additioneel gesorbeerd elektrolyt.

Desalinisatie van afvalglycerol

Elektrodialyse werd uitgevoerd onder constante spanning, die i = 0,75 i_lim leverde, waar i en i_lim respectievelijk de stroomdichtheid en begrenzingsstroom zijn. Dit was nodig om neerslag van organische additieven binnen het membraanstelsel te voorkomen. De stroom daalde geleidelijk in overeenstemming met de reductie van de NaCl-concentratie in de desalinisatiecompartimenten. De configuratie van het membraanstelsel zorgde voor stabiliteit van de pH (ongeveer 6) zowel van het concentraat als van de te zuiveren oplossing.

Wanneer de gemodificeerde membranen de desalinisatie- en concentratiecompartimenten scheidden, nam het zoutgehalte in de glyceroloplossing geleidelijk af. Dit weerspiegelt een afhankelijkheid van de elektrische geleiding van de oplossing door het desalinisatiecompartiment in de tijd, uitgezet in semi-logaritmische coördinaten (Fig. 8).

Lineaire afhankelijkheid in deze coördinaten is te wijten aan diffusielimitaties. Geen organische verontreinigingen, aanwezig in ruw glycerol, werden in het desalinisatiecompartiment gevonden. De stroomrendement bereikte 95–98%. Het proces werd gestopt, toen de residuele zoutconcentratie 1000 keer lager was dan in de initiële oplossing. Na afloop van het proces werden de membranen verwijderd, gewassen met gedemineraliseerd water, en hun geleiding gemeten met waterige NaCl-oplossing (40 mol dm⁻³) zoals beschreven in 'Onderzoek van iontransport'. Een afname van geleiding was ongeveer 2% voor de kation-uitruilmembraan in vergelijking met de waarde verkregen voor het proces. Wat de anion-uitruilscheider betreft, was de geleiding zelfs iets hoger na elektrodialyse (ongeveer 5%). Echter, deze afwijkingen zijn praktisch binnen de experimentele foutmarge, wat stabiliteit van de gemodificeerde membranen tegen vervuiling aangeeft.

In het geval van de ongewijzigde membranen is de desalinisatiesnelheid veel langzamer, kennelijk door hun blokkade met organica. De celspanning nam dramatisch toe. Bovendien werd de oplossing door het desalinisatiecompartiment verzurd, wat preferentiële blokkade van de anion-uitruilmembraan aangeeft. Inderdaad, na reiniging was de geleiding ervan 15 keer lager. In het geval van de kation-uitruilmembraan was een afname van geleiding ongeveer 50%. Dit toont vorming van neerslag binnen poriën van de ongewijzigde membranen.

Discussie

Modificatie verbetert de ladingselectiviteit van de kation-uitruilmembraan (zie Tabel 1), waarschijnlijk door afscherming van poriën met anorganische deeltjes. De geaggregeerde nanopartikelen vormen secundaire poreuze structuren binnen de membranen. Kleine poriën tussen de nanopartikelen alsook hoge oppervlakteladingsdichtheid, die in neutrale media gerealiseerd wordt door dissociatie van fosfor-bevattende functionele groepen [45], voorkomen transport van mede-ionen. Tegelijkertijd werd een lager transportgetal van tegen-ionen gevonden voor de gemodificeerde anion-uitruilmembraan. Inderdaad, HZD sorbeert anionen (An⁻) voornamelijk in zuur media: formule (4), en kationen (Cat⁺) uit alkalische oplossingen: formule (5). Normaal wordt het iso-elektrische punt van HZD bereikt in neutrale media: onder deze voorwaarden zijn kation- en anion-uitruilcapaciteiten gelijk. Dus, de HZD-aggregaten laten zowel tegen- (Cl⁻) als mede-ionen (Na⁺) toe. Echter, de aggregaten beschermen de ionenuitruilmaterialen tegen vervuiling met organica.

Dus, ZHP verhoogt het transportgetal van tegen-ionen in de kation-uitruilmembraan. Tegelijkertijd verslechtert HZD de ladingselectiviteit van de anion-uitruilmembranen in neutrale media door de amphotere eigenschappen van de modifier. Ze zijn duidelijk een barrière tegen niet alleen additioneel gesorbeerd elektrolyt maar ook adsorptie van organica.

Conclusies

Zoals getoond, aggregeren de nanopartikelen in ionenuitruilers tijdens hun behandeling met glycerol. Om stabiliteit van geïncorporeerde nanopartikelen en functionele eigenschappen van de materialen te bereiken, werd de modificatieprocedure uitgevoerd in glycero-media. Onder deze voorwaarden worden zowel niet-geaggregeerde nanopartikelen als hun kleine aggregaten (tot 300 nm) gevormd. Ze zijn duidelijk gelokaliseerd binnen hohlruimtes tussen gelregio's en vervullen een functie als barrière tegen adsorptie van organische verontreinigingen op hydrofobe fragmenten van koolwaterstofketens. Geen voldoende invloed van ZHP op semi-durchlässigkeit van de kation-uitruilmembraan werd gevonden in waterige NaCl-oplossingen. Tegelijkertijd verslechtert HZD de ladingselectiviteit van de anion-uitruilmembranen in neutrale media iets door de amphotere eigenschappen van de modifier. Ze zijn duidelijk een barrière tegen niet alleen additioneel gesorbeerd elektrolyt maar ook adsorptie van organica.

De composietmembranen werden toegepast voor desalinisatie van glycerol-water-mengsel met organische additieven (bijproduct van biodieselproductie). In tegenstelling tot ongewijzigde membranen toonden de composietmaterialen stabiliteit tegen vervuiling. Het is mogelijk de zoutconcentratie 100 keer te verlagen, organische additieven blijven in de gedesaliniseerde oplossingen. Versnelling van het desalinisatieproces vereist verbetering van de elektrodialyse-stack. Vanwege het probleem van begrenzingsstroom kan diepere desalinisatie worden uitgevoerd met ionenuitruil. Organisch-anorganische ionenuitruilers gemodificeerd in niet-waterige media zouden waarschijnlijk hiervoor gebruikt kunnen worden.