دانلود مقالات ISI درباره تبادل یونی + ترجمه فارسی

تبادل یونی تبادل یون‌ها بین دو الکترولیت یا بین یک محلول الکترولیت و یک ترکیب است. در بیشتر موارد این اصطلاح به فرایندهای تصفیه، جداسازی و ضدعفونی محلول‌های آبی و دیگر محلول‌های حاوی یون با پلیمر جامد یا کانی مبدل یون اطلاق می‌شود. تبادل‌کننده‌های معمولی یونی رزین‌های تبادل‌کننده یون، زئولیت، مونتموریونیت، رس وگیاخاک هستند. روشهای تبادل یونی، براساس تبادل برگشت پذیر یونها بین محلول و یک فاز جامد استوار است. فاز جامد در آب، غیر محلول بوده، دارای گروههایی به‌صورت بنیان اسیدی یا بازی است. این بنیانها، عوامل اصلی تبادل یون هستند. اجزا تشکیل دهنده فاز جامد، ممکن است از ترکیبات معدنی شبیه زئولیتها باشند که اسکلت آنها از آلومینو سیلیکاتها تشکیل شده‌اند. این ترکیبات چون در مقابل اسیدها و بازها مقاومت چندانی ندارند، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیبات معدنی جدید از مشتقات ZrO2 ساخته شده‌‌اند که زیرکونیوم فسفات، زیرکونیوم تنگستات و زیرکونیوم مولیبدات از آن جمله هستند. برای جداسازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از هم مفید هستند. رزینهای تبادلگر یونی، منشاء آلی دارند و از پلیمرهای با وزن ملکولی زیاد تشکیل شده‌اند. تشکیل این رزین‌ها بر اساس پلیمریزاسیون پلی‌استایرن و دی‌وینیل بنزن پایه‌گذاری شده است که همراه با ترکیبات دیگر نظیر تری‌کلرو آنیلین یا اسید سولفوریک ترکیب تبادلگر یونی آنیونی و کاتیونی را می‌دهد. افزایش پیوندهای عرضی، خصوصیات رزین را از نظر آبگیری و نفوذ یونها تغییر می‌دهد. تبادلگرهای یونی شامل دو گروه آنیونی و کاتیونی هستند. تبادلگرهای کاتیون شامل گروههای RCOOH یا R-SO3H هستند. تبادلگرهای یونی را می‌توان برحسب قدرت تبادلی و فعالیت گروههای فعالشان به دو دسته بازی و اسیدی تقسیم کرد. •تبادلگر بازی قوی •تبادلگر بازی ضعیف •تبادلگر اسیدی قوی •تبادلگر اسیدی ضعیف آزمایشهای تبادل یون را می‌توان به‌صورت ناپیوسته یعنی عبور مقدار معینی محلول از ستون حاوی رزین یا به‌صورت جریان پیوسته محلول از بالا به پائین ستون انجام داد. ستون همیشه باید از آب مقطر پر باشد و حبابهای هوا در قسمت رزین وجود نداشته باشد. دانه‌های رزین، آب را جذب کرده، متورم می‌شوند. اگر منظور، جدا کردن و بدست آوردن یونهای موجود در یک محلول باشد، پس از عبور نمونه از ستون توسط جریان مداومی از محلول شستشو دهنده، اجزای موردنظر از ستون خارج می‌شوند. بعد از خاتمه آزمایش باید ستون را با آب مقطر پر کرد. محلولی که وارد ستون می‌شود، جریان ورودی و محلولی که از ستون خارج می‌شود جریان خروجی نام دارد. برای روشنتر شدن واکنشهای تبادل یونی رزینهای اسیدی و بازی را به‌صورت RH و ROH نشان می‌دهیم. طبق واکنشهای زیر: R-H + NaCl -----> R-Na + HCl R-OH + HCl -----> R-Cl + H2O یونهای سدیم و کلرید با یونهای هیدروژن و یون هیدروکسیل تبادل می‌شوند. در صورتی که رزین تبادلگر یونی به‌صورت R-Na با محلول کلرید سدیم در تعادل باشد، می‌توان گفت که حاصلضرب فعالیت یونهای سدیم و کلرید در سطح رزین و محلول نمک در حال تعادل با رزین برابر است. این مفهوم از تعادل دانن نتیجه می‌شود. ظرفیت تبادل یون، عبارت است از وزن یونهایی که در واحد حجم یا واحد وزن رزین قابل تعویض است. بنابرین هر رزین، دارای ظرفیت حجمی یا ظرفیت وزنی است. ظرفیت حجمی براساس حجم رزین آب گرفته تعیین می‌شود. ضریب توزیع نسبت یونها در هر گرم رزین خشک بر مقدار آنها در هر میلی لیتر محلول را ضریب توزیع می‌گویند. برای تبادل کننده‌های یونی، یونهای با بار مخالف، ضریب توزیع به غلظت محلول خارجی بستگی دارد. مثلا هنگامی که رزین اشباع شده با کلسیم با محلول کلرید سدیم تماس داده شود، ازدیاد غلظت نمک، سبب تعویض سدیم با کلسیم می‌گردد. ولی هنگامی که رزین، یونهای کلسیم را دریافت می‌کند، نیروهای جذبی نقش اساسی دارند. در صنعت برای گرفتن یا کاهش سختی آب و یون زدایی آن، از تبادلگرهای یونی استفاده می‌شود. آب یون زدایی شده، فاقد ناخالصی‌های دی‌اکسید کربن و سیلیس است و در آب مقطر وجود دارد. یکی دیگر از کاربردهای تبادلگرهای یونی رزینی، شیرین کردن آب دریا با جداسازی نمکهای سدیم و پتاسیم و منیزیم، بوسیله رزین‌ها می‌باشد و برای جدا کردن یونهای فلزی به‌صورت ترکیبات آنیونی هم از رزین‌ها استفاده می‌شود. یک مورد دیگر، تعیین غلظت کل نمکهای محلول در آب است. پس از مدتی، ظرفیت رزینها از نظر تبادل یونی تکمیل می‌شود. در نتیجه، باید تبادلگرهای کاتیونی و آنیونی را با افزایش اسید یا باز رقیق فعال کرد. این عمل را احیا یا بازسازی می‌نامند. در کارخانه‌هایی که فقط از زئولیت استفاده می‌شود، فعال کردن و بازسازی آن با افزایش محلول ده درصد کلرید سدیم انجام می‌شود. رزین های تبادل یونی برای استفاده در دستگاه های تصفیه آب ازجمله سختی گیر هستند. ویژگی های کلی رزین های تبادل یونی چیست؟ • رزین های تبادل یونی، ماتریس پلیمری حل نشدنی است. • این رزین ها حاوی یون های ناپایدار هستند. • یون های ناپایدار رزین عمل تبادل یون را انجام می دهد. رزین کاتیونی ضعیف تنها می تواند کاتیون های قلیاییت آب را جذب کند. درصورتی که نیاز به جذب کننده کاتیون موجود در آب دارید، نمی توانید از رزین کاتیونی ضعیف استفاده کنید. برای جذب تمامی آنیون های موجود در آب از رزین آنیونی قوی باید استفاده کرد. برای حذف آنیون اسیدهای قوی مانند اسیدسولفوریک، کلریدریک و نیتریک از رزین آنیونی ضعیف استفاده می شود. از مزیت های مهم رزین آنیونی ضعیف نسبت به نوع قوی آن مقاومت بالای آن می باشد، به همین دلیل در سیستم های تصفیه آب بیشتر از رزین آنیونی ضعیف استفاده می شود.