منو
 صفحه های تصادفی
ایدئولوژی در حوزه الهیات و معارف اسلامی
رشته مهندسی دریا
بافت چوبی
کاربرد هومون اتیلن در باغبانی
تفاوت دو جهان
تعارضات خانوادگی
اندازه گیری شعاع زمین
زندگی دلپذیر
امام باقر علیه السلام و شناخت شیعیان
پاسخ امام سجاد علیه السلام به نامه پادشاه روم
 کاربر Online
251 کاربر online
تاریخچه ی: آشنایی با تبادلگرهای یونی

در حال مقایسه نگارشها

نگارش واقعی نگارش:1






تصویر

نگاه کلی

روشهای تبادل یونی ، بر اساس تبادل برگشت پذیر یونها بین محلول و یک فاز جامد استوار است. فاز جامد در آب ، غیر محلول بوده ، دارای گروههایی به‌صورت بنیان اسیدی یا بازی است. این بنیانها عوامل اصلی تبادل یون هستند. اجزاء تشکیل دهندۀ فاز جامد ممکن است از ترکیبات معدنی شبیه زئولیتها باشند که اسکلت آنها از آلومینو سیلیکاتها تشکیل شده است. این ترکیبات چون در مقابل اسیدها و بازها مقاومت چندانی ندارند، کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.

ترکیبات معدنی جدید از مشتقات ZrO2 ساخته شده اند که زیرکونیوم فسفات ، زیرکونیوم تنگستات و زیرکونیوم مولیبدات از آن جمله هستند و برای جداسازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از هم ، مفید هستند.

رزین‌های تبادلگر یونی

رزین‌های تبادلگر یونی ، منشاء آلی دارند و از پلیمرهای با وزن ملکولی زیاد تشکیل شده‌اند. تشکیل این رزین‌ها براساس پلیمریزاسیون پلی‌استایرن و دی‌وینیل بنزن پایه‌گذاری شده است که همراه با ترکیبات دیگر نظیر تری‌کلرو آنیلین یا سولفوریک اسید ترکیب تبادلگر یونی آنیونی و کاتیونی را می‌دهد. افزایش پیوندهای عرضی ، خصوصیات رزین را از نظر آب‌گیری و نفوذ یونها تغییر می‌دهد.

تقسیم‌بندی رزین‌ها

تبادلگرهای یونی ، شامل دو گروه آنیونی و کاتیونی هستند. تبادلگرهای کاتیون شامل گروههای RCOOH یا R-SO3H هستند. تبادلگرهای یونی را می‌توان برحسب قدرت تبادلی و فعالیت گروههای فعالشان ، به دو دسته تبادلگرهای زیر تقسیم کرد:

بازی

  • تبادلگر بازی قوی
  • تبادلگر بازی ضعیف

اسیدی

  • تبادلگر اسیدی قوی به صورت R-SO3H
  • تبادلگر اسیدی ضعیف به صورت R-COOH

ستون تبادل یون

آزمایشهای تبادل یون را می‌توان به‌صورت ناپیوسته یعنی عبور مقدار معینی محلول از ستون حاوی رزین یا به‌صورت جریان پیوسته محلول از بالا به پائین ستون انجام داد. ستون همیشه باید از آب مقطر پر باشد و حبابهای هوا در قسمت رزین وجود نداشته باشند. دانه‌های رزین ، آب را جذب کرده ، متورم می‌شوند. اگر منظور ، جدا کردن و بدست آوردن یونهای موجود در یک محلول باشد، پس از عبور نمونه از ستون توسط جریان مداومی از محلول شستشو دهنده ، جزء یا اجزا مورد نظر از ستون خارج می‌شوند. بعد از خاتمه آزمایش باید ستون را با آب مقطر پر کرد.

محلولی که وارد ستون می‌شود، جریان ورودی و محلولی که از ستون خارج می‌شود، جریان خروجی نام دارد.

تعادل تبادل یونی

برای روشن‌تر شدن واکنشهای تبادل یونی ، رزین‌های اسیدی و بازی را به‌صورت R-H و ROH نشان می‌دهیم؛ طبق واکنشهای زیر:


R-H + NaCl ----> R-Na + HCl

R-OH + HCl ----> R-Cl + H2O

یونهای سدیم و کلرید با یونهای هیدروژن و هیدروکسیل مبادله می‌شوند. در صورتی‌که رزین تبادلگر یونی به‌صورت R-Na با محلول سدیم کلرید در تعادل باشد، می‌توان گفت که حاصلضرب فعالیت یونهای سدیم و کلرید در سطح رزین و محلول نمک در حال تعادل با رزین برابر است. این مفهوم از تعادل دانن نتیجه می‌شود.

ظرفیت تبادل یون

این کمیت عبارت است از وزن یونهایی که در واحد حجم یا واحد وزن رزین قابل تعویض است. بنابراین هر رزین دارای ظرفیت حجمی یا ظرفیت وزنی است. ظرفیت حجمی براساس حجم رزین آب گرفته تعیین می‌شود.

تصویر

ضریب توزیع

نسبت یونها در هر گرم رزین خشک به مقدار آنها در هر میلی لیتر محلول را ضریب توزیع می‌گویند.

برای تبادل کننده‌های یونی یونهای با بار مخالف ، ضریب توزیع به غلظت محلول خارجی بستگی دارد. مثلا˝ هنگامی که رزین اشباع شده با کلسیم با محلول سدیم کلرید تماس داده شود، ازدیاد غلظت نمک ، سبب تعویض سدیم با کلسیم می‌گردد. ولی هنگامی که رزین یونهای کلسیم را دریافت می‌کند، نیروهای جذبی نقش اساسی دارد.

کاربرد رزینها

در صنعت ، برای گرفتن یا کاهش سختی آب و یون‌زدایی آن ، از تبادلگرهای یونی استفاده می‌شود. آب یون‌زدایی شده فاقد ناخالصی‌های کربن دی‌اکسید و سیلیس است که در آب مقطر وجود دارد. یکی دیگر از کاربردهای تبادلگرهای یونی رزینی ، شیرین کردن آب دریا با جداسازی نمکهای سدیم و پتاسیم و منیزیم بوسیله رزینها می‌باشد و برای جدا کردن یونهای فلزی به‌صورت ترکیبات آنیونی هم از رزین‌ها استفاده می‌شود. یک مورد دیگر ، تعیین غلظت کل نمکهای محلول درآب است.

احیاء رزین

پس از مدتی ظرفیت رزین‌ها از نظر تبادل یونی تکمیل می‌شود. در نتیجه ، باید تبادلگرهای کاتیونی و آنیونی را با افزایش اسید یا باز رقیق فعال کرد این عمل را احیا یا بازسازی می‌نامند. در کارخانه‌هایی که فقط از زئولیت استفاده می‌شود، فعال کردن و بازسازی آن با افزایش محلول ده درصد سدیم کلرید انجام می‌شود.

مباحث مرتبط با عنوان

آشنایی با تبادلگرهای یونی

نگاه کلی

روشهای بتادل یونی براساس تبادل برگشت پذیر یونها بین محلول و یک فاز جامد استوار است. فاز جامد در آب غیر محلول بوده و دارای گروههایی به صورت بنیان اسیدی یا بازی است. این بنیانها عوامل اصلی تبادل یون هستند. اجزاء تشکیل دهندۀ فاز جامد ممکن است از ترکیبات معدنی شبیه زئولیتها باشند که اسکلت آنها از آلومینو سیلیکاتها تشکیل شده است. این ترکیبات چون در مقابل اسیدها و بازها مقاومت چندانی ندارند، کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.
ترکیبات معدنی جدید از مشتقات ZrO2 ساخته شده اند که زیر کونیوم فسفات ، زیر کونیوم تنگسات و زیر کونیوم مولیبدات از آن جمله هستند و برای جدا سازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از هم مفید هستند.

رزینهای تبادلگر یونی

رزینهای تبادلگر یونی منشاء آلی دارند و از پلیمرهای با وزن ملکولی زیاد تشکیل شده اند. تشکیل این رزینها براساس پلیمریزاسیون پلی استایرن و دی وینیل بنزن پایه گذاری شده است که همراه با ترکیبات دیگر نظیر تری کلرو آنیلین یا سولفوریک اسید ترکیب تبادلگر یونی آنیونی و کاتیونی را می دهد.
افزایش پیوندهای عرضی ، خصوصیات رزین را از نظر آب گیری و نفوذ یونها تغییر می دهد.

تقسیم بندی رزینها

تبادلگرهای یونی شامل دو گروه آنیونی و کاتیونی هستند. تبادلگرهای کاتیون شامل گروههای RCOOH یا R-SO3H هستند. تبادلگرهای یونی را می توان برحسب قدرت تبادلی و فعالیت گروههای فعالشان به دو دسته تبادلگرهای
  1. بازی
٭تبادلگر بازی قوی به فرمول عمومی R-CH3 N+(CH3)2 Cl-
٭ تبادلگر بازی ضعیف به فرمول عمومیOH R-CH3 NH3
  1. اسیدی
٭تبادلگر اسیدی قوی به صورت R-SO3H
٭تبادلگر اسیدی ضعیف به صورت R-COOH

ستون تبادل یون

آزمایشهای تبادل یون را می توان به صورت ناپیوسته یعنی عبور مقدار معینی محلول از ستون حاوی رزین یا به صورت جریان پیوسته محلول از بالا به پائین ستون انجام داد. ستون همیشه باید از آب مقطر پر باشد و حبابهای هوا در قسمت رزین وجود نداشته باشد. دانه های رزین آب را جذب کرده و متورم می شوند.
اگر منظور جدا کردن و به دست آوردن یونهای موجود در یک محلول باشد، پس از عبور نمونه از ستون توسط جریان مداومی ازمحلول شستشو دهنده ، جزء یا اجزا موردنظر از ستون خارج می شوند. بعد از خاتمه آزمایش باید ستون را با آب مقطر پر کرد. محلولی که وارد ستون می شود جریان ورودی و محلولی که از ستون خارج می شود جریان خروجی نام دارد.

تعادل تبادل یونی

برای روشنتر شدن واکنشهای تبادل یونی رزینهای اسیدی و بازی را به صورت R-H و ROH نشان می دهیم: طبق واکنشهای زیر :
R-H + Nacl R-Na + Hcl
R-oH + Hcl R-cl + H2o
یونهای سدیم و کلرید با یونهای هیدروژن و هیدروکسیل تبادل می شوند. در صورتی که رزین تبادلگر یونی به صورت R-Na با محلول سدیم کلرید در تعادل باشد، می توان گفت که حاصلضرب فعالیت یونهای سدیم و کلرید در سطح رزین و محلول نمک در حال تعادل با رزین برابر است. این مفهوم از تعادل دانن نتیجه می شود و به صورت زیر بیان می گردد.
(a_Na+  a_cl-)_resin = (a Na+  a cl-)_sol = a^2

ظرفیت تبادل یون

این کمیت عبارت است از وزن یونهای که در واحدحجم یا واحد وزن رزین قابل تعویض است. بنابرین هر رزین دارای ظرفیت حجمی یا ظرفیت وزنی است. ظرفیت حجمی براساس حجم رزین آب گرفته تعیین می شود.

ضریب توزیع

نسبت یونها در هر گرم رزین خنک مقدار آنها در هر میلی لیتر محلول را ضریب توزیع می گویند.
مقدار یون در هر گرم رزین خشک
K d =
مقدار یون در هرمیلی لیتر محلول

برای تبادل کننده های یونی ، یونهای با بار مخالف ، ضریب توزیع به غلظت محلول خارجی بستگی دارد. مثلا˝ هنگامی که رزین اشباع شده با کلسیم بامحلول سدیم کلرید تماس داده شود، ازدیاد غلظت نمک سبب تعویض سدیم باکلسیم می گردد. ولی هنگامی که رزین یونهای کلسیم را دریافت می کند نیروهای جذبی نقش اساسی دارد.

کاربرد رزینها

در صنعت برای گرفتن یا کاهش سختی آب و یون زدایی آن از تبادلگرهای یونی استفاده می شود. آب یون زدایی شده فاقد ناخالصیهای کربن دی اکسید و سیلیس است که در آب مقطر وجود دارد. یکی دیگر از کاربردهای تبادلگرهای یونی رزینی ، شیرین کردن آب دریا با جداسازی نمکهای سدیم و پتاسیم و منیزیم به وسیله رزینها می باشد و برای جدا کردن یونهای فلزی به صورت ترکیبات آنیونی هم از رزینها استفاده می شود. یک مورد دیگر تعیین غلظت کل نمکهای محلول درآب است.

احیاء رزین

پس از مدتی ظرفیت رزینها از نظرتبادل یونی تکمیل می شود. در نتیجه باید تبادلگرهای کاتیونی و آنیونی را با افزایش اسید یا باز رقیق فعال کرد این عمل را احیاء یا بازسازی می نامند در کارخانه هایی که فقط از زئولیت استفاده می شود فعال کردن و بازسازی آن با افزایش محلول ده درصد سدیم کلرید انجام می شود.



تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 چهارشنبه 12 مهر 1385 [12:25 ]   4   فیروزه نجفی      جاری 
 دوشنبه 20 شهریور 1385 [06:12 ]   3   فیروزه نجفی      v  c  d  s 
 چهارشنبه 31 خرداد 1385 [14:52 ]   2   فیروزه نجفی      v  c  d  s 
 یکشنبه 06 دی 1383 [13:53 ]   1   حسین خادم      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..