تحقیق درباره رزين های تعويض يونی

تحقیق درباره رزين های تعويض يونی

1- تاريخچه رزين هاي تعويض يوني
رزين هاي تعويض يوني ذرات جامدي هستند كه مي توانند يون هاي نامطلوب در محلول را با همان مقدار اكي والان از يون مطلوب با بار الكتريكي مشابه جايگزين كنند.
در سال 1850 يك خاك شناس انگليسي متوجه شد كه محلول سولفات آمونيمي كه به عنوان كود شيميايي بكار مي رود، در اثر عبور از لايه هاي ستوني از خاك، آمونيم خود را از دست مي دهد بگونه اي كه در محلول خروجي از ستون خاك، سولفات كلسيم در محلول ظاهر مي شود.
اين يافته توسط ديگران پيگيري شد و متوجه شدند كه سيليكات آلومينيوم موجود در خاك قادر به تعويض يوني مي باشد. اين نتيجه گيري با تهيه ژل سيليكات آلومينيوم از تركيب محلول و سولفات آلومينيم و سيليكات سديم به اثبات رسيد. بنابراين اولين رزين مصنوعي كه ساخته شد سيليكات آلومينيوم بود.
به رزين هاي معدني، زئوليت مي گويند و در طبيعت سنگهاي يافت مي شوند كه مي توانند كار زئوليت هاي سنتزي را انجام دهند. اين مواد، يون هاي سختي آور آب ( كلسيم و منيزيم) را حذف مي كردند و بجاي آن يون سديم آزاد مي كردند از اينرو به زئوليت هاي سديمي مشهور شدند كه استفاده از آن در تصفيه آب مزاياي زيادي

تحقیق درباره رزين های تعويض يونی

داشت چون احتياج به استفاده از مواد شيميايي نبود و اثرات جانبي هم نداشتند. اما زئوليت هاي سديمي داراي محدوديتهايي بودند. اين زئوليت ها مي توانستند فقط سديم را جايگزين كلسيم و منيزيم محلول در آب نمايند و آنيونها بدون تغيير باقي مي ماندند. از اين رو آب تصفيه شده با زئوليت هاي سديمي به همان اندازه آب خام، قلياييت، سولفات، كلرايد و سيليكاتت دارند.
واضح است كه چنين آبي براي صنايع مطلوب نيست. مثلاً بي كربنات سديم محلول در آب مي تواند مشكلاتي را در مراحل بعدي براي ديگ بخار بوجود آورد. زيرا در اثر حرارت به سود و گاز دي اكسيد كربن تبديل مي شود. سود يكي از عوامل مهم در خوردگي موضعي در نيروگاههاست كه بحث مفصل تر آن در مباحث آينده خواهد آمد. گاز دي اكسيد كربن موجود در بخار آب در اثر ميعان بخار به صورت اسيد كرينيك در مي ايد كه باعث خوردگي لوله هاي برگشتي مي شود كه بخار آب خروجي از توربين را به كندانسور (چگالنده) مي برند.
يكي ديگر از اشكلات مهم استفاده از زئوليت ها ي سديمي، عدم كاهش غلظت سيليس در آب تصفيه شده مي باشد كه يكي از خطرناكترين ناخالصي هاي آب تغذيه ديگ بخار در فشارهاي زياد مي باشد.

تحقیق درباره رزين های تعويض يونی
تحقيقات براي رفع عيوب زئوليت هاي سديمي ادامه يافت تا آنكه در اواسط دهه 1930 در هلند زئوليت هايي ساخته شد كه بجاي سديم فعال، هيدروژن فعال داشتند . اين زئوليت ها كه به تعويض كننده هاي كاتيوني هيدروژني معروف شدند، مي توانستند تمام نمكهاي محلول در آب را به اسيدهاي مربوط تبديل كنند. بعنوان مثال بي كربناتهاي كلسيم و منيزيم به اسيد كربنيك تبديل مي شوند كه اسيد كربنيك بي دي اكسيد كربن و آب تجزيه مي شود.
دي اكسيد كربن توليد شده را مي توان توسط هوادهي يا هوازدايي از محيط حذف كرد. لذا با اين روش تمام قلياييت بي كربناتي حذف مي شود. رزين هاي كاتيوني هيدروژني جديد، سيليس نداشته و علاوه بر اين قادرند همزمان هم سختي آب را حذف كنند و هم قلياييت آب را كاهش دهند.
آب خروجي از تعويض كننده كاتيوني هيدروژني، اسيدي است و بايد خنثي شود. اين كار با اضافه كردن قليا (‌باز) يا مخلوط كردن خروجي تعويض كننده كاتيوني هيدروژني با خروجي تعويض كننده سديمي (زئوليت ) امكان پذير است.
تعويض كننده هاي كاتيوني هيدروژني هم داراي محدوديت هايي هستند. هنوز آنيونها، مثل سولفات كلرايد و سيليكات حذف نمي شوند.
براي بهبود تكنولوژي تصفيه آب گام هاي اساسي در سال 1944 برداشته شد كه باعث توليد رزين هاي تعويض يوني آنيوني شد. (3) رزين هاي كاتيوني هيدروژني تمام كاتيونهاي آب را حذف مي كنند و رزين هاي آنيوني تمام آنيونهاي آب از جمله سيليس را حذف مي نمايند. در نتيجه مي توان با استفاده از هر دو نوع رزين، آب بدون يون توليد كرد. پيشرفت هاي بعدي كه در دهه 1950 حاصل شد منجر به اختراع و توليد رزين هاي تعويض يوني ضعيف گرديدكه صرفه جويي قابل توجهي در مصرف مواد شيميايي مورد نياز براي احياء رزين ها را باعث شد.

تحقیق درباره رزين های تعويض يونی

2- شيمي رزين ها
همانگونه كه مي دانيد محلول هاي الكتروليت داراي يون هاي مثبت (‌كاتيون) و يونهاي منفي (آنيون) هستند و از نظر بار الكتريكي خنثي هستند. يعني مجموع آنيون ها و مجموع كاتيون ها از نظر بار الكتريكي با هم برابرند.
رزين هاي تعويض يوني شامل بار مثبت كاتيوني و بار منفي آنيوني مي باشند به گونه اي كه از نظر الكتريكي خنثي هستند. اما تعويض كننده ها با محلول هاي الكتروليت اين تفاوت را داند كه فقط يكي از دو يون، متحرك و قابل تعويض است. بعنوان مثال يك تعويض كننده كاتيوني سولفونيك داراي نقاط آنيوني غير متحركي است كه شامل راديكال هاي آنيوني مي باشد كه كاتيون هاي متحركي مثل H+ يا Na+ مي توانند به آن متصل باشند. اين كاتيون هاي متحرك مي توانند در يك واكنش تعويض يوني شركت كنند و به همين صورت يك تعويض كنده آنيوني داراي نقاط كاتيوني غير متحركي است كه آنيون هاي متحركي مثل هيدروكسيل يا كلرايد مي توانند به آن متصل باشند.
در اثر تعويض يوني، كاتيون ها با آنيون هاي موجود در محلول با كاتيون ها و آنيون هاي موجود در رزين تعويض مي شوند به گونه اي كه هم محلول و هم رزي ناز نظر الكتريكي خنثي باقي مي مانند. بايد توجه داشت كه در اينجا با تعادل جامد- مايع سروكار داريم بدون آنكه جامد در محلول حل شود. براي آنكه يك تعويض كننده يوني جامد، مفيد باشد، بايد داراي شرايط زير باشد :
1- خود داراي يون باشد.
2- در آب غير محلول باشد.
3- فضاي كافي در شبكه تعويض كننده وجود داشته باشد كه يون ها بتوانند بسهولت در شبكه جامد رزين وارد يا خارج شوند.

تحقیق درباره رزين های تعويض يونی
اكثر رزين هاي تعويض يوني كه در تصفيه آب بكار مي روند رزين هاي سنتزي هستند كه با پليمريزاسيون تركيبات آلي حاصل شده اند. بعنوان مثال روش تهيه رزين هاي سولفونيك در اينجا شرح داده مي شود.
براي ساختن رزين، استيرن را با دي وينيل بنزن مخلوط مي كنند و به آن يك ماده پراكسيد و يك عامل تفرق ساز مي افزايند. آنگاه اين مخلوط را به آب اضافه مي كنند و با يك همزان آنقدر هم مي زنند تا بصورت قطرات معلق با اندازه معين در آيند.
با حرارت دادن پليمريزاسيون شروع مي شود كه چون گرمازاست بايد با يك ماده سرد كننده، دما راكنترل كرد. ذرات به تدريج ويسكوز شده و در نهايت به صورت ذرات يا دانه هاي كروي در مي آيند. حرارت دادن ادامه مي يابد تا زماني كه پليمريزاسيون كامل شود. دانه هاي حاصل، شبكه پلي استيرن را تشكيل مي دهند. حال براي تهيه تعويض كننده كاتيوني بايد دانه ها را با سولفوريك اسيد تركيب كرد تا گروه HSO3 به شبكه هيدروكربن متصل شود. به ازاء هر دو گروه بنزن، حدود هشت تا ده گروه HSO3 در شبكه وارد مي شود.
براي تهيه تعويض كننده آنيوني بايد شبكه را با كلرايد متيل يا آمين تركيب كرد. رزين هاي حاصل وقتي خشك شوند، شكننده خواهند بود و زنجيرها خيلي نزديك به هم قرار مي‌گيرند. به گونه اي كه يون ها نمي توانند به راحتي در دانه ها نفوذ كنند اما وقتي در آب قرار بگيرند با جذب آب متورم مي شوند و زنجيرها از هم فاصله مي گيرند به طوري كه نفوذ يون ها امكان پذير مي شود. درجه متورم شدن بستگي به مقدار دي وينيل بنزن دارد. رزين هاي تجارتي در حدود 8-20% دي وينيل بنزن دارند.
هر دانه رزين با آنيون غير متحرك و يون متحرك H+ را مي توان همچون يك قطره سولفويك اسيد با غلظت 25% تصور كرد كه اين قطره در غشايي قراردارد كه فقط كاتيون از آن مي تواند عبور كند. در شكل 9-2 مقطعي از يك دانه رزين را نشان مي دهد كه معادل تصور قطره اي آن نيز نشان داده شده است.
قدرت اسيدي يا بازي يك تعويض كننده را مي توان با تيتراسيون معلوم كرد كه براي اين كار، تغيير در pH يك سوسپانسيون از آن رزين را اندازه مي گيرند.
در مورد تعويض كننده هاي كاتيوني قوي، pH از حدود يك شروع مي شود و با

تحقیق درباره رزين های تعويض يونی

پسورد فایل: www.bazaarfile.ir

مطالعه بیشتر