فرآیند تبادل یون چیست؟

در این مقاله درباره ی فرآیند تبادل یونی ، فرآیندی ست که در عملکر رزین های تبادل یونی نقش مهمی را ایفا میکند برای آشایی بیشتر با این فرآیند ، کاربردها و مزایای آن و مواد تبادل گر یونی این مقاله را بخوانید.

(مدت زمان مورد نیاز برای مطالعه: 8 دقیقه)

فرآیند تبادل یون چیست؟

تبادل یونی که یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است، فرایندی ست که در آن یون‌های معینی در مواد جامد و غیر محلول با یون‌های گوناگون موجود در یک محلول ، جایگزین می‌شوند. در این فرآیند محور اصلی واکنش ، تبادل یون است. اما چه یونی و چگونه؟

در این فرآیند ، یون غیرمطلوب از آب ، توسط یک ماده تبادلگر یون (که میتواند رزین های متخلخل یا بعضی از نانومواد باشد) با یونی دلخواه تبادل میشود.

کاربرد روش تبادل یون

با استفاده از فرآیند تبادل یون روش میتوان:

• •  سختی آب را کاهش داد،
  • آنیون و یا کاتیون های خارجی را از آب حذف کرد،
  • قلیائیت آب را کاهش داد،
  •  آب موجود در صنایع فلزی را مجددا بازیابی کرد،
  •  نیترات و سولفات موجود را از آب حذف نمود،
  •  جداسازی و یا بازیابی مواد دارویی را انجام داد و کاربردهای دیگری که در آن یون ها را از آب گرفت.

فرآیند تبادل یونی در چه صنایعی کاربرد دارد؟

این سیستم به صورت گسترده در صنایعی مانند

• • صنایع غذایی و نوشیدنی
  •  آب فلزکاری
  •  شیمیایی و پتروشیمیایی
  •  دارویی
  •  قند و شیرینی
  • هسته‌ای
  •  نیمه رساناها
  •  تصفیه آب‌های زیرمینی
  • تصفیه فاضلاب (برای حذف نیتروژن، فلزات سنگین و کل جامدات محلول) ،
  •  تولید آب شرب و گروه‌های دیگری از صنایع استفاده می‌شود.
  • یکی از کاربردهای رایج این رزین‌ها، تولید آب بسیار خالص برای صنایع هسته‌ای و الکترونیکی می‌باشد.

در این صنایع برای اعمال زیر از فرایند تبادل یونی استفاده میشود:

• • تولید آب بدون یون (Demineralization)
  • حذف سختی آب
  • حذف کاتیون های خارجی از آب
  • حذف قلیائیت
  • بازیابی مجدد آب در صنایع فلزی
  • حذف نیترات و سولفات
  • بازیابی و یا جداسازی مواد دارویی
  • بازیابی فلزات با ارزش در صنایع فلزی

چه موادی تبادل گر یونی هستند؟

تبادلگرهای یونی معمولا رزین های متخلخلی هستند که سطح ویژه بالا و قابلیت جذب و واجذب یون ها را دارند. همچنین میتوانند از بعضی از نانوساختارها مثل زئولیت ها یا نانوصفحات رسی تشکیل شده باشند. رزین ‌های تبادل یونی ، پلیمرهای غیر محلول در آب هستند که می‌توانند یون‌های خود را با یون‌های محلول در آب تبادل کنند.

رزین های تبادلگر یون، به دو دسته رزین های کاتیونی و رزین های آنیونی دسته بندی میشوند. رزین های کاتیونی تبادل کننده یون های مثبت و رزین های آنیونی تبادل گر یون های منفی اند.

خصوصیات رزین های تبادل یونی:

خصوصیات مهم رزین‌های تبادل یونی شامل

• • ظرفیت تبادلی،
  • اندازه ذرات
  • و پایداری هستند.

برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله رزین های تبادل یونی را مطالعه کنید.

مزیت های استفاده از روش تبادل یونی:

روش تبادل یونی در مقایسه با سایر روش ها از مزایای زیر برخوردار است.

الف) سهولت در نصب و بهره برداری.

ب) بالا بودن عمر مفید رزین ها (در شرایط بهره برداری مناسب عمر این رزین ها بیشتر از 15 سال است)

پ) قابلیت اجرا در ظرفیت های مختلف

ت) عدم وجود فاضلاب آلوده برای محیط زیست.

رزین های آنیونی و کاتیونی :

انواع رزین های کاتیونی و آنیونی در فرآیند های تبادل یونی، برای تصفیه آب و همچنین جداسازی در بسیاری دیگر از فرآیندهای غیرآبی استفاده می شوند.فرآیند تبادل یون فرآیندی برگشت پذیر است همانطور که گفته شد در طی این فرآیند یون ها بین یک ماده جامد (ماده تبادل یون) و یک مایع مبادله می شوند.از این فرآیند در سنتز مواد شیمیایی، معدن کاری ، تحقیقات درمانی، تولید غذا،کشاورزی و بسیاری از موارد دیگر استفاده می شود.

برای مطالعه ی بیشتر:

مقاله ” رزین های کاتیونی و انواع آن ”

مقاله ” رزین های آنیونی و انواع آن ”

خواص رزین های تبادل یونی:

یکی از خواص مهم رزین های کاتیونی و آنیونی این است که در اثر تبادل یون تغییرات دائمی در ماده جامد (ماده تبادل یون) به وجود نخواهد آمد، به عنوان مثال در نرم کردن آب ( از بین بردن سختی آب)

+2RNa+ + Ca2+ → R2Ca2+ + 2Na

تبادلگر رزینی(R) هنگامی که در فرم سدیمی (+RNa) خود قرار دارد  توانایی معاوضه یون سدیم با کلسیم را دارد، به این ترتیب کلسیم موجود در آب سخت توسط رزین گرفته شده و سدیم جای آن را می گیرد.پس از انجام تبادل یون، می توان تبادلگر را توسط محلولی از سدیم کلراید شستشو داده و رزین را دوباره به فرم سدیمی تبدیل کرد.

فرآیند احیای تبادلگر، فرآیندی برگشت پذیر است و تغییراتی که در تبادلگر به وجود می آیند دائمی نیستند.در صورت وجود فرآیند احیای مناسب، میلیون ها لیتر آب را می توان توسط یک متر مکعب تبادلگر در طول سالیان تصفیه کرد.

اولین تبادل گر یونی:

تبادل یون در بسیاری از مواد اتفاق می افتد اما برای اولین بار در سال 1910 زئولیت طبیعی و سنتزی برای از بین بردن سختی آب مورد استفاده قرار گرفت.

ذغال سولفوناته (sulfonated Charcoal) به عنوان اولین ماده ای شناخته می شود که برای تصفیه صنعتی آب به عنوان تبادلگر یونی در pH کم مورد استفاده قرار گرفت.

خلاصه:

تبادل یونی که یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است، فرایندی است که در آن یون‌های معینی در مواد جامد و غیر محلول با یون‌های گوناگون موجود در محلول جایگزین می‌شوند.

با استفاده از این روش میتوان:

سختی آب را کاهش داد،

کاتیون یا آنیونهای خارجی را از آب حذف کرد،

قلیائیت آب را کاهش داد،

آب موجود در صنایع فلزی را بازیابی مجدد کرد،

نیترات و سولفات را از آب حذف نمود.

منبع: fluencecorp.com iaspub.epa.gov