1. IRODALMI ÁTTEKINTÉS
1.1. A galakturonsav előfordulása és kinyerése
A galakturonsav a pektin tartalmú növények egyik építőköve. A pektin szinte minden növényi sejtfalban megtalálható és feladata a növényi sejt mechanikai szilárdságának és rugalmasságának növelése.
Maga a pektin szó egy olyan csoportot jelöl, amelybe a komplex, kolloid szénhidrátok tartoznak, amelyek láncszerűen összekapcsolódott galakturonsav molekulákat tartalmaznak [Kertesz 1951].
A pektin szerkezetét tekintve három fő csoportot különböztetünk meg:
- homogalakturonát:
Egy α-1,4 kötéssel egymáshoz kapcsolódó, D-galakturonsav monomerekből felépülő lineáris polimer [Quemener et al. 2003].
- ramnogalakturonát I:
A poliszacharid vázát felváltva ramnóz és galakturonsav egységek építik fel, amihez egyéb, töltéssel nem rendelkező monoszacharid komponensek (α-(1-5)-L-arabinóz és β-(1-4)-D-galaktóz) is kapcsolódnak [Schols et al. 1994].
- ramnogalakturonát II:
Egy olyan poliszacharid, amelynek 8-10 galakturonsav molekula alkotja a fő vázát, ehhez 12 fajta cukor, többek között β-arabinóz, 2-α-L-ramnóz, α-D-fukóz és β-D-galaktóz kapcsolódik [Kobayashi et al. 1996].
A pektin fő monomerjének, a D-galakturonsavnak (1.1.1. ábra) fő felhasználási területei az élelmiszer-, kozmetika- és gyógyszeripar [Jördening et al. 1994]. Az élelmiszeriparban savanyítószerként (pl.:L-galakton-sav és L-galakton-1,4-lakton) és csökkentett kalóriájú szénhidrát előállítására használják [Pilnik et al. 1982], ezenkívül a C-vitamin alapanyagaként, lebomló felületaktív anyagként is hasznosítható.
10
1.1.1. ábra :A galakturonsav szerkezeti képlete
A galakturonsav kinyerésének folyamata a 1.1.2. ábrán látható.
1.1.2. ábra: A galakturonsav kinyerésének egyszerűsített ábrája
A művelet során az első lépés a pektin feltárása. A szakirodalom alapján, az alapanyagból forró vizes extrakcióval kinyerhető komponensek közül, az alkoholban nem oldható vegyületcsoportot tekintik pektinszerű anyagnak [Emaga et al. 2008].
Jellemzésére a galakturonsav és a szénhidrát monomerek koncentrációját szokták megadni.
Az iparban a híg, savas feltárás az elterjedt, de a lúgos, mikrohullámmal és enzimmel végzett kezelés ugyancsak alkalmazható.
A savas, lúgos és semleges pH-n elvégzett összehasonlító kísérletek alapján gazdasági és környezetvédelmi szempontból is a vizes feltárás bizonyult a leghatékonyabbnak [Kiss 2009].
11 A feltárt pektin lebontása során végtermékként galakturonsav keletkezik. A hidrolízis enzimesen elvégezhető, melyhez pektinázok használhatók.
A pektinek galakturonsav tartalma, attól függően, hogy miből nyerték ki, tág határok között mozog pl.: citrus pektinnél 46-78 tömeg% [Iglesias, 2004], alma törkölynél 33-43 tömeg% [Marcon, 2005], fekete ribizlinél 20-51 m% [Hilz, 2005]. Az egyes pektinekre nemcsak a galakturonsav, hanem a semleges monoszacharidok koncentrációjának aránya is jellemző. A monoszacharidok közül az arabinóz, a ramnóz, a galaktóz, a glükóz, a mannóz, a fukóz és a xilóz fordul elő a hidrolizátumban. A trifluorecetsavval hidrolizált fekete ribizli törköly és piros ribizli pektin monoszacharid összetételét [Kiss, 2009] a 1.1.1. táblázat mutatja.
1.1.1. táblázat: A pektin összetétele
pektin galakturonsav ramnóz arabinóz mannóz glükóz/galaktóz tömeg%
A galakturonsav előállítása tehát lehetséges pektintartalmú anyagokból enzimes (és/vagy savas) hidrolízis segítségével, azonban a hozzá nagyon hasonló oligo- és monoszacharidoktól való megtisztítása igen nehézkes [Beilstein, 2000]. Az egyik lehetséges megoldás a nátrium, kálium és alumínium sókkal történő szelektív kicsapás, mely segítségével előállítható a galakturonsav nátrium, kálium vagy alumínium sója [Schylkill 1971].
A hidrolízist követően az elegy galakturonsav tartalma szintén kinyerhető hűtött metanolos kicsapással a többi monoszachariddal szennyezve [Casimir 1981].
Mindegyik módszer csak több lépésben ismételve alkalmas tiszta galakturonsav előállítására. Ráadásul ezek a kinyerési technikák additívek, vegyszerek hozzáadását igénylik, és hulladékok képződésével kell számolni, tehát mindenképpen célszerű lenne egy másfajta, modern, környezetbarát alternatív eljárást keresni.
12 1.2. Membránszeparáció
A membrán - az 1985-ben elfogadott definíció alapján - permszelektív gát két fázis között [Bélafi-Bakó 2007], tehát mind a permeábilitás – egyes komponensek át tudnak rajta jutni-, mind a szelektívitás – csak adott komponensekre permeábilis- jellemző tulajdonsága.
A membrános elválasztás (1.2.1. táblázat) során a membrán betáplálási oldalára vezetik a szétválasztandó elegyet és kémiai potenciálkülönbséget hoznak létre a membránon keresztül. Ha az elegy komponenseinek permeábilitása az adott membránra különböző, akkor a hajtóerő hatására egyes komponensek képesek áthaladni a membránon a permeátum oldalra, míg a többi komponens a betáplálási oldalon marad.
1.2.1.táblázat: A membrános műveletek csoportosítása
Hajtóerő Membránművelet Alkalmazási
terület (példa)
Nyomáskülönbség
mikroszűrés szennyvíztisztítás ultaszűrés tejfehérje besűrítése
nanoszűrés
nehézfémek kiszűrése
technológiai vízből fordított ozmózis ultratiszta víz
előállítása
membrán-abszorpció levegő/gáz tisztítása
Koncentráció/aktivitás gradiens
dialízis hemodialízis
pervaporáció azeotrópok
elválasztása gázszeparáció H2S eltávolítása
földgázból
potenciálkülönbség elektrodialízis só előállítása tengervízből Hőmérsékletkülönbség membrán desztilláció savas oldatok
töményítése
13 Attól függően, hogy melyik változó játssza a meghatározó szerepet a kémiai potenciálkülönbség létrehozásában, beszélhetünk nyomás-, koncentráció-, elektrokémiai potenciál- és hőmérséklet-különbség által létrehozott membránszeparációs műveletekről.
A membrán szeparációs eljárások előnye, hogy energiaigényük általában kicsi, nem termelnek hulladékot, ezért környezetbarát műveletek. Könnyen csatlakoztathatók más műveleti egységekhez, ami hatékonyabb működést eredményez.
Hátrányai között megemlíthető, hogy jellemző probléma a művelet során az eltömődés (fouling), a koncentráció polarizáció, valamint viszonylag magasak a beruházási és üzemeltetési költségei.
Eredetüket tekintve a membránok készülhetnek természetes vagy szintetikus anyagból. A szilárd membránfajták között pórusos és pórusmentes típusokat különböztetünk meg. Pórusos membrán alkalmazása esetén az elválasztás alapja a részecskeméret (pl.: ultaszűrés, fordított ozmózis), míg pórusmentes membránok elektrodialízishez, pervaporációhoz, gázszeparációhoz használhatók. A legtöbbször használt membránmodulok a lapmembrán modul, a spiráltekercs modul, a csőmembrán modul és a kapilláris modul.
1.2.1. Az ionszelektív membrános eljárások
Az ionszelektív membrános eljárások alapja az ionok szelektív transzportja egy ionos töltéssel rendelkező membránon keresztül elektrokémiai potenciál különbség hatására.
Az ionszelektív membrános eljárásokat három csoportba sorolhatjuk.
Az első csoportba tartoznak azok a műveletek, amelyek során szeparáció történik, például egy elektrolit oldatból a sókat elválasztjuk. A folyamat hajtóereje hagyományos elektrodialízisnél az elektromos potenciálkülönbség, diffúziós dialízis esetén pedig a koncentrációkülönbség.
A második típusba azok a folyamatok sorolhatók, amelyek során elektrokémiai reakció játszódik le savat és lúgot, szervetlen és szerves komponenseket létrehozva.
Ilyen folyamat például a bipoláris elektrodialízis.
A harmadik csoportba a kémiai energia elektromos energiává alakítása, illetve az elektromos energia kémiai energiává alakítása tartozik. Ilyen folyamat játszódik le például a szilárd polimer elektrolit üzemanyag cellákban.
14 1.2.1.1. Az elektrodialízis rövid története
Az elektrodialízis története Ostwald (1890) munkásságával kezdődött, aki a szemipermeábilis membrán tulajdonságait vizsgálta és felfedezte, hogy a membrán elektrolitra nézve át nem eresztő, amennyiben sem kationt, sem aniont nem enged át.
Ennek leírására, a membrán és az oldat határán egy úgynevezett „membrán potenciált”
feltételezett, amely az eltérő koncentrációk következménye. Később Donan (1911) igazolta ezt a feltevést, valamint a koncentráció egyensúlyt matematikailag is leírta, amely eredménye az úgynevezett „Donnan potenciál” [Strathmann 1992].
Maigrot és Sabates ugyancsak 1890-ben, alkalmazta először az elektrolízist és a dialízist kombinálva cukorszirup sótalanítására [Shaposhnik et al. 1997]. A berendezés váza fából készült, az elektródákat szénből állították elő, míg a membránok anyaga permanganát papír volt. Az egyenáramot dinamó szolgáltatta. A folyamat során eltávolították az oldatból a kálium, nátrium, magnézium és kalcium ionokat.
Az elektrodialízis szó először az 1900-as Schollmeyer szabadalomban szerepelt.
Schollmeyer szintén cukorszirup tisztítását végezte az előbb leírt módszerrel, de cink vagy vasanódot alkalmazott, míg az oldatokat folyamatosan ózonnal kezelte.
Loeb and Beutner (1911) felfedezte az almahéj szelektív permeábilitását kationra.
Bebizonyították, hogy az anion típusa és jellemzői nincsenek hatással az elektróda potenciál nagyságára, míg a kation fajtája és töltése jelentősen befolyásolja azt.
Az ionszelektív membránokról az első tanulmányt Michaelis és Fujita (1925) közölte, akik homogén, gyengén savas kollodion membránokkal dolgoztak. A kollodion a piroxilin (cellulóznitrát) oldata, etanol és éter keverékében. Oxidatív kezelést alkalmazva Sollnernek (1950) megfelelő elektromos tulajdonságú, de mechanikai jellemzőit tekintve gyenge minőségű membránt sikerült előállítania. 1940 körül, hogy az ipari felhasználást biztosítsák, szintetikus, fenol-formaldehid polikondenzációjával előállított gyantából készítettek membránt (Wassenegger és Jaegger 1940). Később szinte kizárólag a polisztirol-divinil-benzol keresztkötésű anyagok alkották az ionszelektív membránok alapját, amik az 1950-es években kerültek először kereskedelmi forgalomba. A membránok fő felhasználási területe a tengervíz sótalanítása volt, ezért a nagyon híg oldatokkal érintkező membránokkal szembeni elvárás a magas szelektívitás és az alacsony elektro-ozmózisos szállítás volt. Az elektromos ellenállás nem tartozott a membrán legfontosabb tulajdonságai közé, mert általában azt a belépő oldat vezetőképességével szabályozták. A membrán, amely már
15 az előbbi kívánalmakat is kielégítette az úgynevezett heterogén membrán volt, amit úgy állították elő, hogy finom ioncserélő gyanta port diszpergáltattak polimer mátrixban, majd az oldatot bepárolták [Strathmann 1992]. Az elektrodialízis első nagyipari alkalmazására az USÁ-ban került sor, amikor is brakkvízből ivóvizet állítottak elő.
1.2.1.2. A diffúziós dialízis és az elektrodialízis összehasonlítása
A diffúziós dialízis folyamata hasonló, mint a hagyományos dialízisé, de míg dialízisnél töltéssel nem rendelkező membránokat használnak elválasztásra, addig diffúziós dialízisnél töltéssel rendelkező, anion- és kationszelektív membránokat.
Diffúziós dialízisnél a koncentrációkülönbség hatására indul meg az ionok vándorlása az ionszelektív membránon keresztül. Ha a membrán két oldalán az oldatok koncentrációja között az eltérés nulla lesz, leáll a dialitikus áramlás. A művelet alkalmas savak és lúgok kinyerésére sótartalmú oldatokból. A diffúziós dialízist az iparban a hulladék vizek savtalanítására használják [Kobuchi et al. 1987].
Elektrodialízisnél ezzel szemben, az elektromos energia hatására, az alacsonyabb koncentrációjú oldatból a magasabb koncentrációjú oldatba is lehetséges a szállítás. Az elektrodialízis során a töltéssel rendelkező membránokat és az elektromos potenciálkülönbséget használják fel az ionok elválasztására a töltéssel nem rendelkező részecskéktől [Shoeman et al. 1996]. A művelet alkalmas sók, savak és lúgok elválasztására és koncentrálására vizes oldatból, savak és lúgok előállítására a bipoláris membrán segítségével [Mani 1991].
Az elektrodialízist az iparban az enyhén sós vízből/tengervízből ivóvíz előállításhoz [Lee et al. 2002], [Turek et al. 2008] valamint tengervíz sótartalmának előkoncentrálására használják. Kutatott területek ezen kívül a nitrát és fluorid eltávolítása talajvízből [Banasiak et al. 2006], szerves savak, például ecetsav [Yu et al.
2000], [Zhang et al. 2011], citromsav [Tongwen et al. 2001], almasav [Bélafi- Bakó et al. 2004] és tejsav szeparálása [Choi et al. 2002], valamint ionos folyadék előállítása [Kurt et al. 2012]. Az élelmiszeriparban az elektrodialízis a sovány tej ásványi anyag tartalmának csökkentésére [Andrés et al. 1994], gyümölcslé savtalanításra [Vera et al.
2009], valamint savó és bor kezelésére használható [Scott 1995].
A 1.2.1. ábrán egy ipari elektrodialízis rendszer látható.
16
1.2.1. ábra: Elektrodialízis ipari felhasználása
1.2.1.3. A hagyományos elektrodialízis alapjai
A hagyományos elektrodialízisnél (1.2.2. ábra) az anód és a katód közötti térben felváltva anion- és kationszelektív membránok helyezkednek el, amiket távtartók választanak el egymástól. Egy kation- és egy anionszelektív membrán, valamint a köztük áramló folyadék alkotja a cellát. Egy elektrodialízis modult több száz cella is tartalmazhat.
Amennyiben egy ionos oldatot, például vizes sóoldatot pumpálnak a cellákba, majd az anód és katód között feszültségkülönbséget létesítenek, a pozitív töltésű kationok a katód felé, míg a negatív töltésű anionok az anód felé kezdenek el vándorolni. A kationok képesek áthaladni a negatív töltéssel rendelkező kationszelektív membránon, a pozitív töltésű anionszelektíven azonban nem. Fordítva igaz ez az anionokra is, hiszen azok a pozitív töltésű anionszelektíven képesek átjutni, a kationszelektíven pedig nem.
A folyamat eredménye, hogy minden második cellában, azaz az áramló folyadékban az ion koncentráció nő, míg a többiben csökken. Azt az oldatot, amelyben az ionkoncentráció nő, koncentrátumnak, amelyikben csökken, diluátumnak vagy híguló oldatnak nevezzük.
Az anód és katód mellett elektróda oldatot áramoltatnak, amely lehetővé teszi az elektromos áram szállítását anélkül, hogy az elektródákat károsítaná, ezért az elektróda oldat nem tartalmaz klorid ionokat, így megelőzhető a klórgáz képződése.
Attól függően, hogy a folyadékok milyen módon áramlanak a cellákban, beszélhetünk egyen- vagy ellenáramról, illetve időbeli viselkedés szempontjából lehet szakaszos és folyamatos működésű is.
17 Az elektrodialízishez a modulon kívül egyéb kiegészítő berendezésekre is szükség van: feszültségforrásra, pumpákra, ellenőrző és megfigyelő berendezésekre.
A gyakorlatban az elektrodialízishez, jellemzően a víz sótalanításához, lapmembránokat és a spiráltekercs modulokat használnak [Schaffer et al. 1966].
1.2.2. ábra: A hagyományos elektrodialízis elve
1.2.1.4. Alapelvek az elektrodialízisnél
Az ionszelektív membránokkal történő elválasztási műveletben a diluátumból a koncentrátumba átszállított ionok mennyisége (∆N) egyenesen arányos a modulon áthaladó elektromos árammal (I), valamint a beépített cella párok számával (n).
∆N= η
Az anód és katód közötti elektromos áram (I) megegyezik az egyes cellákon átfolyó áram (I1, I2, I3…) összegével:
I= I1+ I2+ I3+ I4+ I5…. (1.2.1.2.) Függetlenül attól, hogy az adott membránfelületet egy vagy több cellapár beépítésével érik el, adott rendszer energiaigénye, amely ahhoz szükséges, hogy az ionokat a diluátumból a koncentrátumba szállítsa, azonos. Az energiaigényt ugyanis az áramerősség és a feszültség határozza meg.
Anód
18 Ha a kívánt felületet úgy érik el, hogy több cellapárt építenek be párhuzamosan az elektródák közé, akkor a két elektróda között nagy feszültségesést mérhetünk, az áram, amely áthalad a modulon, azonban kicsi. Ha egy modulban az elválasztási felületet egy cella pár beépítésével érnénk el a két elektróda között, akkor a feszültségesés kicsi lenne, míg az áramerősség magas.
A teljes áram (I), amely a sótalanítás adott fokához szükséges, meghatározható, ha egy cellapár felületét (A) szorozzuk az áramsűrűséggel (i), tehát az egységnyi membránfelületen áthaladó áramerősséggel.
I= i A (1.2.1.3.) Fontos paraméterek elektrodialízisnél az ionszelektív membránok tulajdonságai és a membránok elrendezése, ezek határozzák meg ugyanis a folyamat megvalósíthatóságát és a gazdaságosságát. Egy adott modul tervezésénél és működtetésénél figyelembe kell venni és szabályozni a diluátum oldat, a kívánt termék és maradék oldat koncentrációját.
Sok esetben a belépő oldat sótalanítását vagy koncentrálását nem tudjuk a modulon egy áthaladással elvégezni, ezért szükséges több modul sorba kapcsolása vagy ha magas termék kinyerési arányt szeretnénk elérni, a diluátum oldat visszakeringtetése.
A transzport és átviteli számok
Egy elektrolit oldatban az áramot mind a kationok, mind az anionok szállítják, de eltérő mértékben. Az ionszelektív membránban elsősorban az ellenion szállítja az áramot. Az adott ion által szállított áramhányadot transzport (Ti) és átviteli (ti) számmal adhatjuk meg az alábbi két egyenlet alapján.
Ti=
A transzport szám azt mutatja meg, hogy az i ion a teljes áram hányad részét szállítja, az átviteli szám pedig azt, hogy 1 mól elektron (Faraday) hány mól i iont szállít. Mind a transzport, mind az átviteli számok összege az oldatban 1. A kationok és anionok transzport száma az oldatban alig különbözik, egy ioncserélő membránban azonban
19 lényegesen eltér. A membránban rögzített ionok nem alkalmasak az elektromos töltések, azaz az elektromos áram szállítására, ezért transzport számuk 0.
A membránban mozgó, ellentétes töltésű ionok koncentrációja a rögzített ionok koncentrációjától és a membránnal érintkező elektrolit oldat koncentrációjától függ.
Amennyiben az azonos töltésű ionok teljesen ki vannak zárva a membránból, akkor az ellentétes töltésű ionok transzport száma a membránban 1.
Az áramkihasználás
A membránmodulon átfolyó áramnak nem a teljes mennyisége fordítódik a betáplált oldat sótalanítására, mivel:
- a membránok nem tökéletesen szelektívek - több párhuzamos áramútvonal lehet a modulban
- ozmózis és elektroozmózis hatására víz léphet át a membránon
- magas áramsűrűség és alacsony sókoncentráció esetén hidrogén és hidroxil ionok képződhetnek és szállíthatják az áramot
Az áramkihasználás (η) meghatározható az eltávolított ionokhoz szükséges elméleti áram (QE) és a modulon ténylegesen alkalmazott áram (Q) arányával [Yu et al. 1999].
η=
Ahol m a t időpontig átszállított anion vagy kation mólban kifejezett mennyisége, F a Faraday állandó (96500 C/mól), n a beépített cellák száma, míg I a t időpontig az
a diluátum oldat kezdeti és végkoncentrációja és Vd a diluátum oldat térfogata.
20 1.2.1.5. Ionszelektív membránok jellemzése
Az ionszelektív membránok tulajdonságait döntően az előállításuk módja határozza meg. A membránok legfontosabb tulajdonságai az alábbiak [Mizutani 1990], [Strathmann 1992]:
• a membrán elektromos ellenállása eltérő koncentrációjú elektrolit oldatokban.
A membrán elektromos ellenállása az elektrodialízis energiaszükségletét befolyásolja.
Általában a membránnak kisebb az ellenállása, mint a diluátumnak, mert a membránban magas az ionkoncentráció. Egy membrán elektromos ellenállását annak ioncserélő kapacitása és az ionmozgékonyság határozza meg. A membrán mátrixában az ion mozgékonysága pedig a töltésétől, az ion méretétől és a membrán víztartalmától függ.
• permszelektivitása az azonos és ellentétes töltésű ionokkal szemben.
A membrán töltésével azonos töltésű ionok transzport hányadosa alacsony a Donnan kizárás miatt, míg az ellentétes töltésű ionoké magas. Az ellentétes töltésű ionok koncentrációja a membránban rögzített ionokéval közel azonos, amit az elektrosztatikus hatások, vagyis „az elektroszelektívitás” [Helfferich 1962] határoz meg.
Az ion mozgékonyságát (1.2.2. táblázat) a membránban az ion hidratált formájának átmérője és a membránstruktúra határozza meg. Az egyes ionok mobilitása vizes oldatban alig tér el, két kivétellel: a H+ és OH− ionok esetében. Ezeknek az ionoknak a mobilitása jóval nagyobb, mint a többi ioné a víz speciális tulajdonsága miatt. E kivételesen nagy értékeket az okozza, hogy a H3O+ és a OH- ionok egy-egy hidrogénhíd végéhez csatlakozva elveszthetik a töltésüket, mely a hidrogénhídon annak túlsó végére vándorol s az ott álló vízmolekulából hoz létre egy új H3O+ illetve OH- iont. Így ezen ionok fizikai elmozdulás nélkül is vezetik az áramot. Az olyan egyvegyértékű, kisméretű ionoknak, mint a Na+ és a Li+ alacsonyabb a mobilitása a kisebb hidrát burok miatt összehasonlítva például a több vegyértékű Ca2+ és SO42- ionokkal [Kortüm 1957].
21
1.2.2. táblázat: Az ionok mozgékonysága vízben 298 K-en
kation u
[10-8 m2s-1V-1] anion u
[10-8 m2s-1V-1]
H+ 36,23 OH- 20,64
Na+ 5,19 Cl- 7,91
Li+ 4,01 F- 5,70
K+ 7,62 Br- 8,09
Ca2+ 6,17 SO4
2-8,29
Cu2+ 5,56 CO32- 7,46
• a töltéssel nem rendelkező komponensek, legfőképp a víz vándorlása a folyamat során.
Az ozmózis és elektroozmózis [Korngold 1984], [Nikonenko et al. 1999] hatására indulhat meg a töltéssel nem rendelkező komponensek vándorlása a membránon keresztül.
• a mechanikai stabilitása.
A stabilitás meghatározására a mechanikai stabilitási vizsgálatok alkalmasak, amelyek a membrán tárolásához és használatához szolgáltatnak információt. A szakítószilárdság görbén (1.2.3. ábra) látható, hogy alacsony feszültségnél a membrán elasztikus deformációt mutat, majd a következő szakaszban, nagyobb feszültségnél plasztikus deformációt. Egy bizonyos pontot elérve aztán elszakad a membrán.
1.2.3. ábra: Szakítószilárdság görbe
• a duzzadási képessége.
A membránok duzzadási képessége egyrészt a membrán anyagától (a membrán polimer és az ioncserélő csoportok tulajdonságai és a csoportok koncentrációja, a keresztkötések
22 sűrűsége, a membrán homogenitása), másrészt a membránt körülvevő oldattól függ [Escoubes et al. 1982], [Falk 1982], [Komoroski et al. 1982]. Elsősorban az oldat koncentrációja van hatással a membrán víztartalmára az ozmotikus hatások miatt, amely közvetlen kapcsolatban áll a membránban és az oldatban található víz kémiai potenciál különbségével. A membránban található víz egy része szabad víz formájában van jelen, míg másik része erősen vagy gyengén kötött a membrán mátrixban [Davis et al. 2001].
• a kémiai stabilitása.
A gazdaságos működtetés feltétele, hogy a membrán oxidatív anyagok jelenléte esetén, különböző pH és hőmérsékleti értékek mellett is hosszú élettartamú legyen. A membrán összetétele, elektrokémiai és mechanikai tulajdonságai - például az alap polimer degradációja, újra kristályosodása vagy öregedése a vízveszteség miatt, illetve a rögzített töltések csökkenése az ioncserélő csoportok lehasadása miatt - határozzák meg a stabilitás mértékét.
• eltömődés.
Az elektrodialízis hatásfokát leginkább a szuszpendált vagy kolloid anyagok (szerves savak, polielektrolitok) csökkentik [Grebenyuk et al. 1999], [Lindstrand et al. 2000]. A szerves anionok nemcsak sav formájában tudnak kicsapódni az anionszelektív membránon, hanem ha elég kisméretűek, beszivárognak a membránba és alacsony elektronmobilitásuk miatt a membrán ellenállását nagyon megnövelik.
A membránmérgezés elkerülésére, ezért kifejlesztette ki az Ionic Incorporated [Mc Rae 1983], [Meller 1984], [Siwak 1992] a megfordítható elektrodialízist, melynél az elektromos mező polaritását bizonyos időközönként megváltoztatják az oldatok áramlásával együtt (pl.: a diluátum cella koncentrátum lesz és fordítva). Ezzel az eljárással 1-3 %-kal csökken a kihozatal.
A membránmérgezés elkerülésére, ezért kifejlesztette ki az Ionic Incorporated [Mc Rae 1983], [Meller 1984], [Siwak 1992] a megfordítható elektrodialízist, melynél az elektromos mező polaritását bizonyos időközönként megváltoztatják az oldatok áramlásával együtt (pl.: a diluátum cella koncentrátum lesz és fordítva). Ezzel az eljárással 1-3 %-kal csökken a kihozatal.