İyon Değişimi ve Su Yumuşatma Nedir?

İyon değişimi (IE), istenmeyen çözünmüş safsızlıkları sudan ve diğer sıvı çözeltilerden çıkarmak için kullanılan bir su arıtma yöntemidir. Bunun gerçekleştirildiği işlem, kirletici maddeden iyonların arzu edilen bir maddeden olan iyonlarla değişimi yoluyla gerçekleştirilir. Bu iyonlar katyon adı verilen pozitif bir elektrik yükü veya anyon adı verilen negatif bir yük içerir. Değişen iyonlar, suyun nötr şarjını sağlamak için aynı tipte (veya -) elektrik yüküne sahip olmalıdır.

Suda Çözünmüş Kirleticiler

İyonlar tipik olarak bir kirletici madde suda çözündüğünde oluşur. Çözünmüş maddeler suda olduğunda, hala kristal berraklığı gibi görünecektir. Öte yandan, kirletici maddeler katı partiküller ise, su bulutlu olacaktır. Katı maddeler sudan çeşitli filtreleme metodolojileri ile uzaklaştırılabilir. Bu katı parçacıklar, çözünmüş olanları iyon değişimi ile değiştirmeden önce ilk önce sudan uzaklaştırılmalıdır.

İyon değişimi kullanarak su yumuşatma

İyon değişiminin ortak bir kullanımı suyun yumuşatılmasıdır. Sert su öncelikle çözünmüş kalsiyum ve magnezyum iyonları içerir. Bu iyonlar çökelebilir ve su borularında ve tesis kazanlarında kireçlenmeye neden olabilir ve eğer alınmazsa sistemde hasara yol açabilir.

Suyu yumuşatmak için sert katyon iyonlarını (Kalsiyum Ca ve Magnezyum Mg) skala oluşumuna yol açmayacak başka bir katyonla değiştiririz. İşlem, sodyum (Na) ile doldurulmuş takas reçinesi boncuklarının kullanılmasını içerir. Sistem, sert iyonları (Ca ve Mg), bu katyonları iki sodyum iyonuyla değiştirecek olan reçine taneciklerinden geçirir.

İyon değiştirme reaksiyonu aşağıdaki gibi gösterilebilir:

2 RNa Ca -> R2Ca 2 Na

Reçine boncuklarına giren her kalsiyum veya magnezyum iyonu, boncuktan çıkan iki sodyum iyonu ile değiştirilecektir. Anyon iyonları reçineye giremezler çünkü boncuk ayrıca pozitif su iyonunu iten kalıcı bir sülfonat (SO3-) anyonu içerir. Değişim, sodyum üzerindeki kalsiyum ve magnezyum tercih edilen reçine boncuk nedeniyle gerçekleşir. Sonuçta, suyun tuzluluğu değişmeden kalmasına rağmen, sert iyonların sodyum iyonlarıyla değiştirilmesidir. Yumuşama veya iyon değiştirme işlemi sırasında değiştirilen sudaki tuzluluğun bileşenleridir. İstenirse, dikkate alınması gereken önemsiz sert iyonlar, sodyum iyonları ile birlikte veya bunun yerine kombinasyon halinde potasyum ile de değiştirilebilir.

Demineralizasyon

İyon değişimi ile demineralizasyon, hem katyon hem de anyon değişim reçineleri ile işlemden geçirmeyi içeren iki aşamalı bir işlemdir. Sudaki çözünmüş katyonları hidrojen (H) iyonları ve çözünmüş anyonları hidroksit (OH– iyonları) ile değiştirirsiniz. Bu işlemle yeni katyon ve anyon iyonları yeni su molekülleri oluşturmak için yeniden birleşecektir. Bu kombinasyon aşağıdaki gibi gösterilebilir:

H OH– -> HOH -> H20

Bu değişimin net sonucu iyonik kirleticilerin tamamen uzaklaştırılmasıdır. İyonik kirletici maddeler iki değişim reçinesine eklenecek ve su tamamen demineralize edilecektir.

İyon değişimi , deiyonizasyon ve demineralizasyon terimleri, aynı işlemi belirtmek için genellikle eşanlamlı olarak kullanılır. Bununla birlikte, deiyonizasyon ve demineralizasyon, iyon değişiminden başka teknolojilerle gerçekleştirilebilir. İyon değişimi, nükleer tesislerde, endüstriyel proseslerde ve tıbbi ve farmasötik operasyonlarda yaygın olarak kullanılan, suyun saflığını ve pH’sını istenmeyen iyonları gidermek ve kabul edilebilir olanlarla değiştirerek kontrol etmek için kullanılan bir prosestir.

Özellikle, katı bir madde (reçine olarak da bilinir) ile sulu bir çözelti arasında, genelde belediye içme suyu olarak iyon değişimi yapmakla birlikte, sıklıkla süreci ve hatta atık suyu (örn. Kaplama endüstrisi) kapsar. Bir reçinenin suya bıraktığı iyonların kimliğine bağlı olarak, proses su arındırmasına veya bir çözeltideki belirli bir iyon konsantrasyonunun kontrol edilmesine neden olabilir. Bir iyon değişimi, bir sıvı ile bir katı arasındaki iyonların geri dönüşümlü olarak değiştirilmesidir.

Bu proses genellikle istenmeyen iyonları bir sıvının içinden çıkarmak ve katıdan (reçine) kabul edilebilir iyonların yerini almak için kullanılır.İyon değişiminin gerçekleştiği aygıtlara yaygın olarak demineralizatörler denir. Bu isim, saf su oluşumunda, gelen sıvıda (su) bulunan saf olmayan iyonların H ve OH iyonlarıyla değiştirilmesi suretiyle uzaklaştırıldığı sürecin demineralize teriminden türetilir. H ⁺ ve OH ^– , demineralize edici tanklar veya kolonlarda bulunan reçine boncuklarının bulunduğu alanlarda bulunur.

Katyon Değiştirme Reçineleri Vs. Anyon Değiştirme Reçineleri

İki genel iyon değişim reçinesi türü vardır: katyon değişim reçineleri olarak adlandırılan pozitif iyonları değiştiren ve anyon değişim reçineleri olarak adlandırılan negatif iyonları değiştiren reçineler . Katyon, pozitif yüklü bir iyondur. Genel katyonlar arasında Ca ⁺² , Mg ⁺² , Fe ⁺² ve H ^{+1 bulunur} . Bir katyon reçinesi pozitif iyonları değiştiren bir katyondur. Bir anyon, negatif yüklü bir iyondur. Genel anyonlar Cl-l, S04-2 ve OH- ^{1’i içerir} . Bir anyon reçinesi, negatif iyonları değiştiren bir reçinedir. Kimyasal olarak, her iki tür de benzerdir ve polimerler olarak adlandırılan ve uzun zincirler üreten tekrar eden bir yapıda bir veya iki bileşiğin birçok molekülünün kombinasyonu tarafından oluşturulan son derece büyük moleküller olan bir bileşik grubuna dahildir. Demineralizatör, genellikle reçineyi içeren birkaç kübik ayak hacmine sahip bir kaptır.

Bir demineralize edici madde hem katyon değişim reçineleri hem de anyon değişim reçinelerinin samimi bir karışımını içerebilir ve buna karışık bir yatak denir. İki yataklı demineralizatörlerin iki kapları vardır, bunlardan birincisi katyon reçinesini ve ardından anyon reçinesi içeren ayrı bir kap içerir. Fiziksel olarak, iyon değiştirici reçineler, ortalama çapı yaklaşık 0,5 milimetre olan, reçine boncukları olarak adlandırılan çok küçük boncuk biçiminde oluşturulur. Islak reçine nemli, saydam kehribar kum görünümüne sahiptir ve suda, asitlerde ve bazlarda çözünmez.Oran normalde 2 kısım katyon reçinesinden 3 kısım anyon reçinesidir.