Биполярные мембраны: обзор принципов, последних разработок и применений

Биполярные мембраны (БМ) представляют собой особый класс ионообменных мембран, состоящих из катионообменного и анионообменного слоёв и обеспечивающих образование протонов и гидроксид-ионов посредством диссоциации воды. Эта уникальная особенность делает биполярные мембраны привлекательными для широкого спектра применений во многих отраслях, включая (био)химическую промышленность, пищевую промышленность, охрану окружающей среды, а также преобразование и хранение энергии. Исследования и разработки в области БМ, проводившиеся на протяжении последних двух десятилетий, способствовали формированию растущего рынка, на котором в настоящее время доступны коммерческие БМ от нескольких производителей. Кроме того, БМ быстро привлекают всё большее внимание благодаря своим техническим, экологическим и экономическим преимуществам по сравнению с традиционными процессами производства кислот и оснований или локального регулирования pH. Цель настоящего обзорного исследования — сформировать целостное представление о технологии БМ посредством описания современного состояния разработок в области синтеза мембран, их свойств, теоретических моделей и применений на основе научных публикаций и патентов за последние 70 лет. Обсуждаются оптимизированные свойства БМ, а также обобщаются достижения в изготовлении БМ, направленные на получение заданных оптимальных характеристик. Кроме того, представлены новые применения БМ, включая перечень недостатков существующих мембран, которые необходимо устранить для раскрытия новых перспективных областей применения.