Bipolar Membranlar (BPM)

Bipolar membranlar, genellikle katyon değişim katmanı (CEL) ve anyon değişim katmanı (AEL) arasında yer alan mekanik bir takviyeden oluşur. Katyon değişim katmanı (CEL), mekanik takviyenin bir tarafında katyon değişim dispersiyonu kullanılarak oluşturulurken, anyon değişim katmanı (AEL) ise mekanik takviyenin karşı tarafında anyon değişim dispersiyonu kullanılarak oluşturulur. Bu yapıya sahip kompozit bipolar membran, aynı zamanda kompozit çift katmanlı membran olarak da adlandırılabilir.

Anyon Değişim Katmanı (AEL) ile Katyon Değişim Katmanı (CEL) arasındaki ara tabakada, potansiyel fark yaklaşık 0.8 V’yi aştığında su OH- ve H+ iyonlarına ayrışır. CEL katmanı katoda, AEL katmanı ise anoda yönlendirilmelidir ve su ayrışma reaksiyonunu teşvik etmek için işlem ters kutuplaşma modunda olmalıdır. Ters kutuplaşma modunda, elektronlar anottan katoda doğru taşınır. Su molekülleri doğal olarak AEL ve CEL arasındaki ara tabakaya difüze olur ve suyun ayrışması sonucunda H+ ve OH- iyonları oluşur. H+ iyonları CEL katmanından dışarı difüze olarak katot odasına geçerken, OH- iyonları ise AEL katmanından dışarı difüze olup anot odasına geçer.

Bipolar Membranların Kullanıldığı Uygulamalar:

Su ayrıştırma
Elektrodiyaliz
Asit ve alkali üretimi (tuz ayrıştırma reaksiyonu olarak da bilinir)
Benzeri diğer elektrokimyasal teknolojiler veya cihazlar
Ters Kutuplaşma ve İleri Kutuplaşma Modlarıyla Bipolar Membranlar:

Şekil (a) ters kutuplaşma modunda, önce birleşme noktasının iyonlardan arındırıldığı ve ardından suyun H+ ve OH- iyonlarına ayrıştığı kompozit bipolar membranın şematik gösterimini sağlar.
Şekil (b), ileri kutuplaşma modunda bir kompozit bipolar membranın çalışma prensibini açıklar; burada H+ ve OH- iyonları kendi katmanları aracılığıyla bipolar membrandan taşınır ve bipolar birleşim noktasında (aynı zamanda bipolar ara yüz veya ara katman olarak da adlandırılır) su oluşur. AEL, anyon değişim katmanını, CEL ise katyon değişim katmanını ifade eder ve IL, ara katmanı gösterir.
Bilimsel Literatür: Pärnamäe ve arkadaşlarının “Bipolar Membranlar: Prensipler, Son Gelişmeler ve Uygulamalar Üzerine Bir İnceleme” başlıklı makalesi, bipolar membranların çalışma prensibini ve bu alandaki son ilerlemeleri detaylı bir şekilde açıklayan mükemmel bir kaynaktır. Ayrıca, Jaroszek ve Dydo’nun “İyon-Değişim Membranları ile Kimyasal Sentez – Bir İnceleme” adlı makalesi, elektrodiyaliz, 2-odalı membran elektrolizi, 3-odalı elektro-elektrodiyaliz, 4-odalı elektrodiyaliz metatezi gibi çeşitli kimyasal sentez reaksiyonlarında kompozit bipolar ve diğer iyon değişim membranlarının nasıl kullanılacağını ele almaktadır.