حاسبة التبادل الأيوني

التبادل الأيوني

تعريف التبادل الأيوني

يشمل التبادل الأيوني إجراءات ترشيح المياه باستخدام خطوة تجارة جسيمات بوليمرية قوية. بشكل أكثر حسماً، تعمل العملية بطريقة يتم فيها تداول الجسيمات بين إلكتروليتين. بصرف النظر عن استخدامها لتطهير مياه الشرب، يتم تطبيق هذه الطريقة عمومًا لتعقيم وتقسيم مجموعة متنوعة من المواد التركيبية المهمة ميكانيكيًا وعلاجيًا. على الرغم من حقيقة أن المصطلح يشير عادة إلى استخدامات القطران المصمم هندسيًا (من صنع الإنسان)، فإن العديد من المواد، خاصة التربة، تظهر خصائص التبادل الأيوني.

المبادلات الأيونية العادية هي القطران التجاري للجسيمات (المنفذ الوظيفي أو البوليمر الهلامي)، الزيوليت ، المونتموريلونيت ، الطين ، ودبال التربة. المبادلات الأيونية هي إما مبادلات الكاتيون، التي تتاجر بالجسيمات المشحونة بشكل مؤكد (الكاتيونات)، أو مبادلات الأنيونات، التي تتاجر بالجسيمات المشحونة عكسيا (الأنيونات). هناك أيضًا مبادلات مذبذبة يمكنها تداول الكاتيونات والأنيونات في نفس الوقت. مهما كان الأمر، يمكن أن تكون التجارة المتزامنة للكاتيونات والأنيونات أكثر فاعلية في الأسِرَّة المخلوطة، والتي تحتوي على مزيج من عصارات تجارة الأنيون والكاتيونات، أو تمرير الترتيب المعالج من خلال عدد قليل من مواد تجارة الجسيمات المتنوعة.

يمكن أن تكون تجارة الجسيمات غير انتقائية أو لها ميول مقيدة لجزيئات معينة أو فئات من الجسيمات، وهذا يتوقف على بنية المادة الخاصة بها.

التطبيقات

يستخدم التبادل الأيوني على نطاق واسع في صناعة التغذية والمرطبات، والتعدين المائي، واستكمال المعادن، والمركب، والبتروكيماويات، والابتكار الصيدلاني، ومصانع السكر، ومعالجة المياه الجوفية والمستهلكة، والمعالجة الذرية، والمعالجة الميكانيكية للمياه، وأشباه الموصلات، والطاقة، والعديد من شركات مختلفة.

إن حالة استخدام الطاحونة هي ترتيب مياه عالية النقاء لتصميم الطاقة، والمؤسسات الإلكترونية والذرية؛ على سبيل المثال، تُستخدم مبادلات الجسيمات غير القابلة للذوبان البوليمرية أو المعدنية على نطاق واسع لتهدئة المياه، وتنقية المياه، وتطهير المياه، وما إلى ذلك.

التبادل الأيوني هو إستراتيجية تستخدم بشكل عام في وحدة الأسرة (منظفات الملابس وقنوات المياه) لإنتاج مياه حساسة. يُمارس هذا عن طريق تداول الكالسيوم Ca2 + وكاتيونات المغنيسيوم Mg2 + ضد كاتيونات Na + أو H + (انظر الى إزالة عسر الماء). تطبيق آخر لتجارة الجسيمات في معالجة المياه السكنية هو تفريغ النترات والقضية الطبيعية العادية.

يعتبر الفصل اللوني لتجارة الجسيمات الميكانيكية والاستقصائية منطقة أخرى يجب الرجوع إليها. كروماتوغرافيا تجارة الجسيمات هي إستراتيجية كروماتوغرافية تُستخدم على نطاق واسع للتحقيق في التلفيق وتقسيم الجسيمات. على سبيل المثال، في الكيمياء العضوية، يتم استخدامه بشكل عام لعزل الذرات المشحونة، على سبيل المثال، البروتينات. جزء مهم من التطبيق هو استخراج وتطهير المواد التي تم إنشاؤها بشكل طبيعي، على سبيل المثال، البروتينات (الأحماض الأمينية) و DNA / RNA.

تُستخدم أشكال التبادل الأيوني لعزل المعادن وتنظيفها، بما في ذلك عزل اليورانيوم عن البلوتونيوم والأكتينيدات المختلفة، بما في ذلك الثوريوم والنبتونيوم والأمريسيوم. يستخدم هذا الإجراء أيضًا لعزل اللانثانيدات، على سبيل المثال، اللانثانم، السيريوم، النيوديميوم، البراسيوديميوم، اليوروبيوم، والإيتربيوم، عن بعضها البعض. كان تقسيم النيوديميوم والبراسيوديميوم أمرًا مزعجًا بشكل خاص، وكان يُعتقد في السابق أنهما مكونان واحد فقط من الديديميوم - ومع ذلك فإن هذا مزيج من الاثنين.

هناك ترتيبان لمعادن الأرض غير الشائعة، اللانثانيدات والأكتينيدات ، وكلاهما لهما نفس الخصائص الجوهرية والفيزيائية. باستخدام الاستراتيجيات التي ابتكرها فرانك سبيدنج خلال الأربعينيات من القرن الماضي، كانت أشكال تجارة الجسيمات في الماضي هي النهج العملي الرئيسي لعزلها بكميات ضخمة، حتى تحسين طرق "الاستخراج القابل للذوبان" التي يمكن توسيع نطاقها بشكل هائل.

من الأمثلة المهمة لتجارة الجسيمات إجراء PUREX (عملية استخراج البلوتونيوم - اليورانيوم)، والذي يستخدم لعزل البلوتونيوم 239 واليورانيوم من الأميريسيوم والكوريوم والنبتونيوم وعناصر الانقسام الإشعاعي التي تنشأ من المفاعلات الذرية. ومن ثم يمكن عزل عناصر النفايات لإزالتها. بعد ذلك، يمكن الوصول إلى البلوتونيوم واليورانيوم لصنع مواد حيوية ذرية، على سبيل المثال وقود مفاعلات جديدة وأسلحة ذرية.

تُستخدم عملية التبادل الأيوني أيضًا لعزل ترتيبات مختلفة من نفس مكونات التلفيق بشكل أساسي، على سبيل المثال، الزركونيوم والهافنيوم، وهو أمر مهم أيضًا للأعمال الذرية. حقًا، الزركونيوم هو لجميع المقاصد والأغراض مباشرة للنيوترونات الحرة، المستخدمة في بناء المفاعلات الذرية، ومع ذلك فإن الهافنيوم هو حماية صلبة بشكل استثنائي للنيوترونات، المستخدمة في أقطاب التحكم في المفاعل. بهذه الطريقة، يتم استخدام تجارة الجسيمات في إعادة المعالجة الذرية ومعالجة النفايات المشعة.

يتم استخدام ملاعب التبادل الأيوني كأفلام رفيعة بشكل إضافي في عملية الكلور القلوي، وأجهزة الطاقة، وبطاريات الأكسدة والاختزال من الفاناديوم.