مرجع دانلود مقاله , تحقیق و جزوه های دانشگاهی
دسته بندی محصولات

دانلود مقاله رزين هاي تعويض يوني

دانلود مقاله رزين هاي تعويض يوني

 

 

 

 

دانلود مقاله رزين هاي تعويض يوني

 

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 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.

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.

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.

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[1] 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 افزايش قليا تا حدود 12 افزايش مي يابد. در حالي كه وقتي يك رزين كاتيوني ضعيف مثل كربوكسيليك را به اين صورت خنثي كنيم، pH از حدود 3 شروع مي شودد و براي رسيدن به pH حدود 12 احتياج به قلياي بيشتري است.

سوال 9-1- چرا براي يك رزين كاتيوني ضعيف در مقايسه با كاتيوني قوي، به قلياي بيشتري احتياج است ؟

وقتي كه يك رزين آنيوني قوي را با اسيد خنثي كنيم، pH كه از حدود 13 شروع شده تا به حدود 2 كاهش مي يابد در حالي كه يك رزين آنيوني ضعيف را به اين صورت خنثي كنيم، pH از حدود 8 شروع مي شود و به اسيد بيشتري نياز است تا به pH برابر 2 برسيم.

وقتي از تعويض كننده اسيدي قوي يا ضعيف صحبت مي شود منظور كوچكي يا بزرگي درجه تفكيك يا درجه يونيزاسيون آن است. همانگونه كه منظور از اسيد قوي مثل كلريدريك اسيد به مفهوم آن است كه بيشتر يونيزه مي شود نه اينكه غليظ تر است.

3-تعادل يون ها در حضور رزين ها

اگر رزين  در تماس با محلولي قرار گيرد يون متحرك موجود در ساختمان رزين  يون موجود در محلول مي توانند محل خود را تعويض كنند ولي با حفظ اين شرط مهم كه هم محلول و هم رزين همواره از نظر الكتريكي خنثي بمانند. اين تعويض محل يون ( در داخل رزين يا در محلول) را مي توان همانند يك واكنش شيميايي تعادلي در نظر گرفت. فرض كنيد كه درابتدا در رزين فقط يون B موجود است كه ظرفيت آن ZB مي باشد و در محلول فقط يون A موجود است. كه ظرفيت آن ZA مي باشد. در اثر تماس رزين با محلول، A و B مي توانند جاي خود را تعويض كنند كه اگر اين تعويض را بصورت يك واكنش شيميايي تعادلي در نظر بگيريم داريم.

 ( در محلول ) +  ( در رزين)  ( در محلول) + ( دررزين)

كه منظور  از اكتيويته مولي يون در داخل رزين و a اكتيوته مولي يون در داخل محلول است.

بنابراين  اكتيويته مولي يون A در داخل رزين ولي aA اكتيويته مولي يون A در داخل محلول است. ينكه يون B تمايل داشته باشد به محلول منتقل شود و يا در داخل رزين بماند بستگي به ثابت تعادل ka دارد ولي در هر صورت غلظت مولي يون هاي A و B در رزين و غلظت مولي يون هاي A و B در محلول در زمان تعادل به اندازه اي است كه رابطه تعادلي بالا ارضا مي شود. مقدار ثابت تعادل طبق رابطه زير به دما بستگي دارد.

همنطور كه مي دانيد اكتيويته مولي بصورت زير با غلظت رابطه دارد.

كه  ضريب اكتيويته و C غلظت مولي است.

اگر در رابطه  تعادلي بجاي اكتيويته، غلظت مولاري قرار دهيم و همه ضرايب اكتيويته را در هم ضرب كنيم به رابطه تعادلي زير مي رسيم كه qM غلظت مولاري در داخل رزين و CM غلظت مولاري در محلول است. رابطه غلظت مولاري و غلظت اكي والاني ( نرماليته) به صورت زير است .

  1. qAm.ZA=qA

  2. CAm.ZA=CA

در روابط بين qA و CA به ترتيب غلظت اكي والاني در رزين و محلول مي باشند.

اگر Q ظرفيت كل رزين بر حسب نرماليته و Co نرماليته محلول باشد در آن صورت داريم

CA+CB=Co

QA+qB=Q

چون در داخل رزين با يون A وجود دارد و يا يون B و در هر صورت مجموع يون هاي متحرك رزين برابر ظرفيت كل رزين است كه مقدار ثابتي است و با توجه به اصل خنثايي الكتريكي، Co هم مقدار ثابتي است. در تصفيه آب Co حدود يك ميلي نرمال و Q  حدود 2 نرمال است.

معمولاً رابطه تعادلي را بر حسب جزء اكي واالاني مي نويسند كه منظور از جزء اكي والاني عبارت است :

1= yA+yB

1=xA+xB

كه در اينجا y جزء اكي والاني در رزين و x جزء اكي والاني در محلول است.

كه با جايگزيني در ثابت تعادل داريم :

ضريب گزينش[2] كه ارزش ضريب فراريت درتقطير را دارد، براي رزين ها چنين تعريف مي‌شود:

ديده مي شود كه ضريب گزينش بري يون هاي يك ظرفيتي همان ثابت تعادل است ولي اگر A و يا B يك ظرفيتي نباشد ضريب گزينش با ثابت تعادل فق مي كند.

ثابت تعادل براي يون هاي يك ظرفيتي حدود يك ولي براي يون هاي دو ظرفيتي مي تواند بزرگتر از بيست باشد. توجه به اين نكته مهم است كه چون در تعويض يون ها با يك فرآيند تعادلي سروكار داريم بنابراين هر يون در هر فاز ديده مي شود و ضريب گزينش معلوم مي كند چه كسري از كل هر يون در فاز محلول است و يا در فاز رزين. البته اين مزيت مهم براي رزين هاست چون مي توانيم با تغيير شرايط محلول، يون داخل رزين را تغيير دهيم.

 

تعداد صفحات:63

متن کامل را می توانید دانلود نمائید چون فقط تکه هایی از متن در این صفحه درج شده (به طور نمونه) و ممکن است به دلیل انتقال به صفحه وب بعضی کلمات و جداول و اشکال پراکنده شده یا در صفحه قرار نگرفته باشد که در فایل دانلودی متن کامل و بدون پراکندگی با فرمت ورد wordکه قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است.

 


اشتراک بگذارید:


پرداخت اینترنتی - دانلود سریع - اطمینان از خرید

پرداخت هزینه و دریافت فایل

مبلغ قابل پرداخت 5,400 تومان

درصورتیکه برای خرید اینترنتی نیاز به راهنمایی دارید اینجا کلیک کنید


فایل هایی که پس از پرداخت می توانید دانلود کنید

نام فایلحجم فایل
file5_1756590_9328.zip68.8k





دانلود مقاله كاني شناسي

دانلود مقاله كاني شناسي     دانلود مقاله كاني شناسي 157 ص   فصل اول :  -1-1 مقدمه وقتي از افيوليت صحبت مي شود منظور سنگ خاصي نيست بلكه توالي لايه هاي متشكل از سنگ هاي مختلف را در نظر مجسم مي كند و به همين دليل از مجموعه هاي افيوليتي (كمپلكس افيوليتي) يا سري هاي افيوليتي سخن به ميان مي شود‌‌‌‌‍‌ة[3] افيوليتها و پريدوتيتها بخشهايي از گوشته بالايي و پوسته اقيانوسي ...

توضیحات بیشتر - دانلود 4,300 تومان

دانلود مقاله معدن دولوميت شهرضا

دانلود مقاله معدن دولوميت شهرضا         دانلود مقاله معدن دولوميت شهرضا  فصل اول شناخت دولوميت     در كتابهاي علمي هر جا كه صحبت از سنگ آهك مي شود دولوميت نيز در كنار آن مي باشد كه اين دو ارتباط تنگاتنگي با يكديگر دارند. بطور كلي واژه سنگ آهك فقط در مورد آن دسته از سنگهايي به كار مي رود كه ذرات كربناته آن نسبت به اجزاي تشكيل دهنده غير كربناته بيشتر باشد (ذرات كربناته آنها بيشت ...

توضیحات بیشتر - دانلود 4,900 تومان