İSTATİSTİKLER

Sitemizde;26 kategori altında, toplam 720 Hayat hikayesi bulunmaktadır.

Sitemizdeki hayat hikayeleri toplam 2202288 defa okunmuş ve 1557 yorum yazılmıştır.

İYON DEĞİŞTİRİCİLER

Kategori Kategori: Bilim dalları | Yorumlar 2 Yorum | Okunma 2970 Okunma | Yazar Yazan: ballikas | 22 Kasım 2009 10:46:37

Doğadaki sürekli değişimin önemli nedenlerinden biri iyon değişimidir.toprak, kum ve kayalar gibi cansız varlıklarda

İYON DEĞİŞTİRİCİLER

         Doğadaki sürekli değişimin önemli nedenlerinden biri iyon değişimidir.toprak, kum ve kayalar gibi cansız varlıklarda ve canlı organizmalardaki yaşamsal fonksiyonlarda iyon değişimine ait bir çok örnek mevcuttur.

         Bir çok organik inorganik madde iyon değiştirici olarak kullanılmaktadır.Örneğin; protein, selüloz, karbon, basit balçık ve birçok mineral gibi doğal ürünler ile çevrelenmiş bir ortamdaki diğer iyonları değiştiren taşınabilir iyon içerirler. Bu doğal maddeler düşük bir değiştirme kapasitesine sahiptir.Bu özelliklerde pek tercih edilmeyen fiziksel ve kimyasal özelliklerdir ki iyon değiştirici maddelerin pratik kullanımı sınırlandırırlar.sonuç olarak,1935 yılından önce iyon değiştirme tekniğine laboatuvarlarda ne de endüstiriyel alanlarda geniş bir birim düzeni kullanılmıyordu.

1850’de  Thompson ve Way işlenmiş toprakta amonyum gibi çeşitli iyonların,kalsiyum ve magnezyum iyonlarıyla yerdeğiştirebildikleri şeklindeki gözlemlerini yayınladılar.Thompson’unçalışmasından yararlanarak Spence bir cam kolonda amonyum sülfatla işleme tabi tutulmuş kumlu kil yatak hazırlayıp yataktan suyu geçirdiği zaman,yatakta amonyum sülfat yerine alçı bulunduğunu görmüştür.laboratuvarda gerçekleşen bu ilk iyon değişimi Henneberg ve Stohmann kimyasal süreç olarak yorumlamış ve bu süreçlerin tersinin olduğunu öne sürmüşlerdir.bu olayları killer ve zeolitlerde de meydana geldiğini önce Lenberg daha sonra ise Wiegner göstermiştir.

Bu keşifler,suyun sertliğinin giderilmesi ve diğer amaçlara hizmet edebilen malzemelerin kullanımı ve bu özelliklerin gösteren ürünlerin sentezlenmesi çabalarına ışık tutmuştur.ilk sentetik iyon değiştiriciler 1903’te Harm ve Rümpler ile 1905’te Gans tarafından hazırlanmıştır.böylece örneğin  deniz suyundan altın tuulması gibi uygulamalar gerçekleşebilecekti.

Modern iyon değiştirici teknolojisi 1935 yılında Adams ve Holmes’in şimdiki klasik araştırmalarıyla başladı.adam ve holmes genel olarak reçine diy bilinen iyonları değiştirme özeliğine sahip olan sentetik polimerleri keşfeden kişilerdir.bu keşfin patenti I.G. Farbenindüstrie şirketi tarafından 1936’da alınarak istenen özllikte iyon değiştirici reçinelerin sistematik üretimine başlanmıştır. Polycondensation yöntemiyle elde edilen ilk iyon değiştiricileri yerini 1945’ten sonra d’Alelionun sülfonik asit gruplarının çapraz bağlanmış polistiren reçineye girdirilmesinde, izlediği yöntem kullanılarak elde edilen polimerizasyon ürünleri alınmıştır. 1945’lerden günümüze değin, iyon değiştiricilerle ilgili araştırmalar, çevresel sorunların önem kazanmasıyla, giderek artan ilgiyle sürmektedir.

 

İyon Değiştirici Reçineler

İyon değiştiriciler , degişebilir  katyon  ve  anyonları  taşıyan, çözünür  olmayan katı maddelerdir. Bu sentetik reçineler, yapı olarak iki kısımdan oluşur. İyon değiştirici maddelerin yapısını üç boyutlu hidrokarbon  ağı ya da  (matrix) elastik oluşturur. Diğer kısmını ise hidrokarbona kimyasal bağlarla bağlanmış asidik ya da bazik, iyonlaşabilen gruplar oluşturur. Organik ağ sabittir ve genel olarak laboratuvarda kullanılan çözücülerde çözünmezler. Ayrıca tüm pratik amaçlar için kimyasal inerttir. Fakat matrixe bağlı iyonlaşabilen ya da tepkimye girebilen aktif iyonlara sahiptir. Bu nedenle eğer bir değiştirici parçası, iyon içeren sulu eriyik ile temasa sokulursa, sonuncusu kolayca reçine ya da baştan bağlı olan iyonlarla değiştirilebilir.

Bir iyon değiştirici reçinenin kimyasal tepkileri , hidrokarbon iskeletine bağlı olan fonksiyonel grupların dağasıyla belirlenir. Belli başlı iki iyon değştirici grup vardır. Bunlar fonksiyonrl grupları sulu ortamların katyonlarıyla  reaksiyona girebilen katyon değiştiriciler ve fonkiyonel grupları sulu ortamların anyonlarıyla  reaksiyona girebilen anyon değiştiricilerdir. Bazı maddeler de hem anyon hem katyon değişimi yeteneğine sahip olup amfotrik iyon değiştiriciler adını alır.

Tipik bir katyon değiştirici reçinesi olan, sitirendivinil benzen polimeri  stiren (1) ve divinil benzenin (2) kopolimerizasyonuyla hazırlanır. Polimeri kopolimerizasyon tepkimesi sırasında polistirenin çapraz bağlarıyla belli aralıklarla dönüşümlü olarak kovalent bağla bağlanırlar. Sonuçta, üç boyutlu, çözünmeyen bir hidrokarbon ağı oluşur. Eğer daha sonra sülfirik asit, polimerle birlikte reaksiyona sokulursa, sülfirik asit grupları (-SO3-H+), stiren  divinil benzen polimerinin, benzen zincir çemberlerine girerler ve son madde olarak yapısı şekil 1.1’de gösterilen katyon iyon değiştirici reçine meydana gelir.

Reçinenin birim hacmindeki fonksiyonel grupların toplam sayısı onun teorik iyon değiştirme kapasitesini belirler .

Tipik bir zayıf asidik katyon iyon değiştiricisi divinil benzenin ve metokril asidin veya resorsilik asit ve formaldehitin kopolimerizasyonu ile hazırlanır.

Tipik bir anyon değiştirici reçinesine, çapraz bağlı poli stirenin klorometillendirilmesi ve sonra da ürünün trimetil amin bigi tersiyer bir aminle muamelisiyle hazırlanır. Bu da yapısı şekil –1.2’de gösterilen bir değiştiricinin klorit tuzunu verir.

Klorometillendirilmiş polistren tersiyer amin yerine, sekonder aminle muamele edilirse, oluşan ürün zayıf bir anyon değiştiricisidir.

 

 

 

Anyon değiştiricilerinin kimyasal stabiliteleri, katyon değiştiricilerden daha azdır. Yüksek sıcaklıkta aminler hemen hidrojenlenir ve iyon değiştiricinin kapasitesini azaltır ve çözeltinin çözünebilen organik madde ile bulaşmasına neden olur.

Bu çapraz bağlı vinilbenzen reçineleri önemli fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. Örneğin konsantrasyon asitlerde, bazlarda ve tuzlarda çözünmezler ve oksidasyon, rediksiyon ve radyasyona karşı rezistanttırlar. Reçineler mükemmel bir termal yatkınlığa ve büyük bir “değiştirme kapasitesi”ne sahiptir. Bu stiren-divnil benzen matrixinin benzen zincirlerinin büyük orandaki eklenmiş iyonik fonksiyonel grupları içermesi gerektiği anlamına gelir. Reçine matrix’ine kovalent bağla bağlanmış olan iyonik gruplar sulu eriyiklerde gösterdikleri özelliklerin aynısını gösterirler ve sanki serbert monomerik formlarındaymış gibi davranırlar. Sonuç olarak, polimere bağlı olan iyonik grup, iyon değiştirici materyalin yapısını belirler. Bu nedenle zayıf ve güçlü iyonlu asit ve bazlarda olduğu gibi iyon değiştirici reçinelerinde bu tür sınıflandırılmaları olabilir. Birçok iyon değiştirici çeşidi olması hemen “iyon değiştirici materyoller en iyi şekilde sınıflandırırız ? “ sorusunu akıllara getirir.

Şimdiye kadar modern iyon değiştirici çeşitlerinin reçinesel bir yapıda olduğu anlatıldı. Tüm protik amaçlar için bu sentetik polimerleri materyali yalnızca iki çeşittir.şekil 1.1 ve 1.2’de gösterilen ve polistiren reçineler olarak adlandırılanlar birinci çeşittir. İkincisi ise şekil 1.3’de gösterilen metokrilik asitin (III) ve divinil benzenin polimerizasyonu ile hazırlanırlar.  Bu tepkimenin sonucunda ise iyon değiştiricinin okrilik çeşiti olan zayıf asittir.

 

 

2 çeşit çapraz bağlı vinil benzen polimerlerie ek olarak; selüloz ,jel, poliakrilamit veya dextransların, fonksiyonel grupların içerisine girmesiyle hazırlanan, değişim matetyalleri ve organik iyon değişim kristalleri gibi yüksek kapasitede diğer tipte iyon değişim maddelerini verebiliriz.

 

 

 

 

Örneğin belli iyonlar için yüksek seçici ya da serum proteinler, nüklerik asit ve enzimleri gibi makro moleküllerin froksiyonlarında kullanılırlar.

Çapraz bağlı vinilbenzen reçineleri çok yönlüdür ve diğer iyon değiştirici maddelerden daha çok kullanılırlar. Bu nedenle, diğer değiştirici reçine çeşitlerinden çok, bu tip üzerinde durulacaktır. Yine de çapraz bağlı reçinelerin prensipleri ve kavramları diğer iyon değiştirici maddelere kolayca uygulanabilir.

İyon değiştiriciler yüksek oranda polar gruplar ihtiva ettiklerinden reçineler kuvvetli hidrofilik olup su çekerler. Şişip büzülürler, hidroskopik jel gibi hareket ederler. Kuru reçinenin bir gramı 0,5-1g su absorblar.

Reçinenin değiştirme tarzı ihtiva ettiği fonksiyonel gruplara bağlıdır. Kuvvetli bir asidik reçine (sülfonik asit tipi) bütün şartlarda az çok hidroliz olur. Karboksilik asit ve fenolik reçineler zayıf elektrolit gibi davranırlar. Bunların teorik kapasitesine sadece bazik çözeltilerde varılır. Zayıf bazik reçineler iyi iyonlaşmadıklarından zayıf asitlerin absorbsiyonunda kullanılmazlar. Fakat kuvvetli bazik reçiniler (quarterner aminler gibi ) H2SiO3 ve H2CO3’le yer değiştirme reaksiyonları verirler. Kuvvetli reçinelerin tuzları yıkamayla hidroliz olmazlar. Zayıf reçinelerin tuzları ise zayıfça hidroliz olurlar. Eğer reçine tuz formundaysa değiştirme hızı büyüktür.

Hafif ve gözenekli katılar olan iyon değiştirici reçineler küre, boncuk ya da levhalar halinde hazırlanır.

Bunların başlıca kullanım alanları şunlardır.

a)     endüstride sulardaki  Ca2+, Mg2+, Fe2+ ve Mn2+ iyonlarının uzaklaştırılması (suyn yumuşatılması)

b)    şekerin saflaştırılması

c)     minerallerden altın, gümüş ve uranyum gibi değerli elementlerin ayrılması

d)    esterleşme ve hidroliz reaksiyonlarında katalizör olarak kullanılması

*************************************************

İyon Değiştiricilerin Sınıflandırılması

Suların yumuşatılması, genellikle katyonik ve anyonik iyon değiştiricileriyle apılır. Katyon iyon değiştiriciler sodyum iyon değiştiriciler ve hidrojen iyon değiştiriciler olmak üzere ikiye ayrılır. Birinciler, sulu çözeltilerdeki katyonlerı Na++ iyonları ile değiştirirler. iyonları ile, ikincisi ise H

Anyonik iyon değiştiriciler ise iki grupta incelenir. Kuvvetli bazik anyon değiştiriciler, zayıf bazik anyon değiştiriciler.

İyon değiştiriciler bundan başka kimyasal birleşimlerine göre organik ve anorganik olarak gruplandırılabilir. Organik kökenli iyon değiştiriciler iki sınıfta toplanır.

A) Reçine kökenli iyon değiştiriciler .

B) Sulfone kömür kökenli iyon değiştiriciler.

         Anorganik kökenli olanlar ise başlıca ikiye ayrılırlar.

Doğal zeolitler, sentetik zeolitler. Bunlardan başka zirkonyum ve titan fosfatlar zirkonyum ve kalay oksit , amonyum, fosfomolibdat gibi maddeler anorganik iyon değiştiricilerdir.

Katyon İyon Değiştiriciler

a)     Sodyum iyon değiştiriciler

Bunlar başlıca slikat, sülfone  kömür ve reçine kökenli olabilirler. Yumuşatılacak su, iyon değiştirici kolonundan geçerken sudaki Ca2+ ve Mg2+ iyonları Na+ iyonları ile yer değiştirir. Yer değiştirme reaksiyonları şunlardır.

 

2RNa+Ca(HCO3)2 à R2Ca+ 2NaHCO3

2RNa+CaSO4 à R2Ca+ Na2SO4

2RNa+CaCl2 à R2Ca+ 2NaCl

Buradaki R, reçine ve sülfone kömür esaslı reçinelerde organik kök zeolit tipi reçinelerde ise  -O-Xal2O3  YSiO2  ZH2O dur.

b)    Hidrojen iyon değiştiriciler

Sülfone kömür ve reçine kökenli olan bu sistemlerde sudaki Ca2+ Mg2+ iyonları ve ayrıca Na+ iyonlarıda H+ iyonları ile değiştirilirler. Bu tip iyon değiştiriciden çıkan su düşük pH a sahip olup H2SO4, HCl, H2CO3  gibi asitler ihtiva eder.

Hidrojen iyon değiştiricisi kısaca H2R olarak gösterilirse suyun yumuşutulması sırasında şu reaksiyonlar oluşur.

 

     MgSO4 + H2R à H2SO4 + MgR

 

     2NaCl + H2R à 2HCl + Na2R

 

     MgCl2 + H2R à 2HCl + MgR

         

Ca(HCO3)2 + H2R à 2H2CO4 + CaR

        

Rejenerasyon % 5-10 HCl veya H2SO4 ile gerçekleştirilir. Asitin stökiometrik miktarının % 150-300 ü kullanılır. Rejenerasyon reaksiyonları şunlardır.

     CaR + H2SO4 à H2R + CaSO4

     MgR + H2SO4 à H2R + MgSO4

     Na2R + H2SO4 à H2R + Na2SO4

         Bu yöntemde oluşan H2CO3  suyun havalandırılması veya vakumla giderilir. Sularda kalan HCl ve H2SO4 ise NaOH ile nötralleştirilir veya bu asitli su Na+ iyon değiştiriciden gelen ve Na2CO3 içeren suyla karıştırılarak istenilen pH elde edilir.

         Baz hallerde eğer baziklik belirli bir değere ayarlanmak istenirse o zaman hidrojen iyon değiştiricisiyle sodyum iyon değiştiricisi birlikte kullanılır.

9.9 Sodyum Ve Hidrojen İyon Değiştiricilerinin Birlikte Kullanılması

Bazı iyon değiştirme işlemleri sonucu ortaya çıkan alkalinite izin verilemez düzeydedir. Bu durumda biri Na+ formunda reçineyle öteki H+ formunda reçineyle yüklenmiş iki kolon kullanılır. Yumuşatılacak su önce birinci kolondan (Na formundaki reçineyle dolu olan) sonrada ikinci kolondan geçirilir. Sonuç olarak sodyum ve hidrojen iyon değiştiricilerde vukubulan reaksiyonlar ortaya çıkar.

     Ca(HCO3)2  + H2R à 2H2O + 2CO2 +CaR

Reaksiyonduda oluşan CO2 , gaz gidericileriyle uzaklaştırılırlar.

     Bu arada H2SO4 ve HCl oluşur. İki kolondan çıkan su uygun oranlarda karıştırılarak, ikinvi kolonda oluşan asitler  ilk kolondan çıkan sudaki sodyum bikarbonat ile nötralleştirilirler.

2NaHCO3 + H2SO4  « Na2SO4  + 2H2O + CO2

NaHCO3 + HCl  « NaCl + H2O + CO2

     İlk kolonun rejenerasyonu NaCl, ikinci kolonunki ise %1* luk HCl ile yapılır. İki kolonsan çıkan su aşağıdaki denkleme uyularak karıştırılır.

 

X=N  -  m

     M + N

X  : Hidrojen iyon değiştiricisinden geçirilmesi gereken su yüzdesi

m : iki kolondan çıkan suların karıştırılması sonucu toplanan suyun istenilen  

       toplam alkalinitesi

M : Yumuşatılacak suyun toplam alkalinitesi

N : Yumuşatılacak sudaki nötr tuzlarının (Cl- + SO42-) yüzdesi

Ayon İyon Değiştiriciler

a)     kuvvetli bazik anyon değiştiriciler

      Bunların eldesi için önce stiren-divinilbenzen reçinesi klorometillerdirme reaksiyonuna sokulur.

 Daha sonra tersiyer aminle muamele edilerek quaterner amonyum tuzları oluşur. Bu polimer reçineler NH4OH gibi hareket ederler ve -CH2N+R3Cl-42- , Cl- ,NO-3 gibi kuvvetli asit anyonlarını ve HCO-3 ve SiO2-3 gibi zayıf asit anyonlarını bünyelerinde tutarlar. Hidroksil grupları içeren bu reçineler aşağıdaki reaksiyonlarda görüldüğü gibi zayıf ve kuvvetli asitleri nötralleştirirler. grupları ihtiva edrler. Sulu çözeltilerdeki SO

2R4NOH + H2SO4 à (R4N)2SO4 + 2H2O

2R4NOH + H2SiO3 à (R4N)2SiO3 + 2H2O                                                                                                                                         Bunların rejenerasyonları için NaOH çözeltilerinden yararlanılır.

(R4N)2 SiO3  + 2NaOH à 2R4NOH + Na2SiO3

Pahalı reçinelerdir. Genellikle NO-3 iyonlarının uzaklaştırılmasında kullanılırlar. Kanalizasyon sularının tasfiyesinde kullanıldıklarında, NO-3 ve PO3-4 iyonlarının %95’i uzaklaştırılır.

b) zayıf bazik anyon değiştiriciler

 | Puan: Henüz oy verilmedi / 0 Oy | Yazdyrylabilir SayfaYazdır

Yorumlar

kaklalarmekanı { 26 Kasım 2011 19:17:19 }
oleyy
kaklalarmekanı { 26 Kasım 2011 19:14:01 }
çok güzel bir hikaye
Di?er Sayfalar: 1. 

 

Yorum Yazın



KalynYtalikAltçizgiliLink  
Simge Ekle

    

    

    

    





Arama ARAMA