PERSPEKTÄ°F 3. Sayı (Temmuz AÄŸustos 2005)

Değerli okurlarımız, ilk iki sayıda temelde aktif karbonun özelliklerinden bahsettikten sonra bu sayıdan itibaren bir kaç sayıda da sizlere temel iyon değiştirme prensipleri ve uygulamaları hakkında bilgiler aktarmaya çalışacağım.
İyon Değiştirici Nedir?

İyon değiştirici, katının yapısında kalıcı değişikliğe sebep olmadan, katı (iyon değiştirici malzeme) ile sıvı arasında çift yönlü bir iyon alışverişidir. İyon değiştirme teknolojisi temelde su arıtma uygulamalarında kullanılmak ile beraber, bir çok başka sıvıları da kapsayan ayrıştırma proseslerinde kullanılır. Kimyasal sentez, medikal araştırma, gıda işleme, madencilik ve tarım gibi bir çok farklı amaçla da kullanılabilir. İyon değiştirici malzemenin tekrar kullanılabilir olması bu teknolojiyi kalıcı kılmaktadır.

İyon değiştirme kapasitesi bir çok malzemede bulunmakla beraber 1910’lardan beri önce doğal ardından da sentetik zeolitin su arıtmada kullanılması ile endüstriyel bazda yaygın olarak kullanılmaktadır. Düşük pH seviyelerinde stabil kalan ilk iyon değiştirici malzeme endüstriyel uygulamalar için geliştirilmiş olan, sulfone edilmiş kömürdür. Sentetik organik iyon değiştirici reçine ilk olarak 1935 de iki yönlü katyon ve anyon değişiminde kullanılabilen, sulfonik veya amin grubu içeren, fenolik kondensat ürünlerinin sentezinden elde edilmiştir.

Katyon Değiştirme:

Katyon değiştirme yaygın olarak su yumuşatma amaçlı kullanılır. Bu uygulamada sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonları sodyum iyonları ile yer değiştirir. Bazen suda az miktarda demir, manganez ve alüminyum gibi diğer metallerde bulunur. Bu metallerde aynı zamanda yer değiştirir ama yumuşatma prosesinde bu önemli değildir. Sertliğin veya kireçlenmeye sebep olan kalsiyum ve magnezyum iyonlarının alınması ile, "yumuşak su" elde edilir. Tuz ile rejenerasyon aşamasına, katyon değiştiricilerde, "sodyum çevrimi" denir. Bu en temel anlamda su yumuşatma demektir ve reaksiyon aşağıdaki gibi yer alır :

R = Kuvvetli Asidik Katyon Değiştirici Reçine

Alternatif olarak, sudaki tüm katyonların hidrojen iyonuna dönüştüğü reaksiyonda olabilir. Rejenerasyonun sulandırılmış asitle, genellikle sülfirik asit veya hidroklorik asit ile yapıldığı bu çevrime "hidrojen çevrimi" denir. Reaksiyon aşağıda gösterilmiştir.

R = Kuvvetli Asidik Katyon Değiştirici Reçine

Anyon Değiştirme:

Anyon değiştirme suda varolan anyonların hidroksil iyonları ile yer değiştirmesidir. Katyon değiştirmenin ardından yapılan bu reaksiyon suyu tamamı ile demineralize hale getirir. Tipik bir anyon değiştirme reaksiyonu aşağıda verilmiştir.

R = Kuvvetli Bazik Anyon Değiştirici Reçine

Eşit Tane Boyutlu Reçineler:

Eşit (uniform) tane boyutlu reçineler (Uniform Particle Sized, UPS), son yirmi yılda en saf suların üretiminde ve/veya düşük maliyetle yüksek kalitede suyu üretmekte popülarite kazandılar. UPS reçineler Gaussian tane dağılımlı reçinelere göre çok daha dar bir aralıkta tane dağılımında üretilirler. Bu tip reçineler daha iyi bir kinetiğe ve daha güçlü bir fiziksel dayanıklılığa sahip olup, özellikle karışık yatak sistemlerde daha iyi ayrışma yeteneğine sahiptirler. Bu özellikler sayesinde UPS reçinelerin rejenerasyon ve operasyon kapasiteleri daha yüksektir, basınç ve iyon kaçakları daha düşüktür ve kirliliğe karşı daha dayanıklıdırlar. UPS reçinelerle daha yüksek kalitede ve daha ucuza su şartlandırma sağlanabilir.

Sodyum Çevrimli İyon Değiştirici Prosesi (Su Yumuşatma):

Bu sistemlerde kullanılan reçineler, kuvvetli asidik katyon değiştirici reçinelerdir. Bu reçineler suda sertliğe sebep olan kalsiyum ve magnezyum tuzlarını, yüksek çözünürlükte sodyum tuzları ile yer değiştirerek sudaki sertliği alırlar. Yumuşatma prosesinde sadece sudaki kalsiyum, magnezyum ve sodyum iyonları önemlidir ve etkilenirler. Yukarıda akış diyagramı mevcuttur.

Tipik bir reaksiyon ve kullanılan kimyasallar:

R= Kuvvetli asidik katyon değiştirici reçine

Hemen hemen tüm uygulamalarda kuvvetli asidik katyon değiştiricilerin rejenerasyonunda bildiğimiz tuz (NaCl) kullanılır. Deniz suyu ve diğer sodyum tuzları da aslen kullanılabilir.

Kuvvetli asidik katyon değiştiricilerde kullanılan rejenerant miktarı bir yere kadar elde edilecek yumuşak su kapasitesini etkiler. Kapasiteyi aynı zamanda ham su da bulunan toplam çözünmemiş maddeler (total dissolved solids, TDS) ve de daha sonraki bölümlerde bahsedeceğimiz diğer etkenler belirler.

GÜHER ABACI
guher@abacikimya.com
 

---

R E K L A M