Tratarea apelor cu schimbători de ioni - dedurizarea și demineralizarea

TRATAREA APELOR CU SCHIMBATORI DE IONI - Dedurizarea si Demineralizarea -

1. INTRODUCERE

Schimb ionic

Fenomenul de schimb al ionilor, dintre o substanta insolubila scaldata de solutia unui electrolit a fost observat inca de multa vreme de catre geologi si agronomi. Pentru prima oara, procesele de schimb ionic au fost observate in anul 1833 de catre Fuchs, care a constatat schimbul ionilor sodiu si potasiu din soluri cu ioni de Ca si Mg. In 1852J. Way a constatat ca la contactul solului cu diverse solutii de saruri, metalele alcaline, alcalino -pamantoase din sol trec in solutie printr-un proces de schimb cu cationii din solutiile respective si a stabilit, ca acest schimb are loc in proportii echivalente ca si in procesele chimice. Mecanismul schimbului ionic se explica prin faptul ca schimbatorul de ioni este alcatuit dintr-un anion macromolecular insolubil si un cation slab legat, care poate fi usor inlocuit de un alt cation mai electropozitiv. Procesele de schimb ionic fac parte din categoria reactiilor de dublu schimb care au loc in sisteme eterogene solid - lichid (schimbatorul de ioni - solutia unui electrolit) sau in sisteme omogene lichid - lichid, in cazul lichidelor schimbatoare de ioni.

Ceea ce deosebeste procesele de schimb ionic, realizate cu ajutorul schimbatorilor de ioni, de reactiile generale de dublu schimb, este faptul ca schimbatorii de ioni raman insolubili, atat in forma lor de dinaintea procesului de schimb, cat si in forma pe care o capata dupa efectuarea schimbului ionic. Reactiile de schimb ionic in prezenta schimbatorilor solizi sunt reactii in medii eterogene, care se desfasoara la interfata solid - lichid, intre suprafata schimbatorului de ioni si solutia electrolitului care il inconjoara

Datorita structurii poroase a schimbatorilor de ioni, suprafata de contact solid - lichid este foarte mare si cu atat mai mare cu cat granulele de schimbator sunt mai mici si gradul de reticulare al macromoleculei respective este mai mare. Procesul schimbului ionic se realizeaza in doua stadii succesive: absorbtia ionilor hidratati din solutia de electrolit, la suprafata schimbatorului si reactia de schimb ionic, pana la stabilirea echilibrului de schimb. In primul stadiu al procesului, ionii hidratati din solutie seindreapta catre suprafata schimbatorului de ioni datorita fortelor polare ale acestuia. Aici are loc concentratia ionilor absorbiti pe o portiune mica de suprafata, datorita carui fapt se creeaza o presiune interfaciala care poate fi evaluata la cateva kgf/cm2. In stadiul urmator, in interiorul peliculei de lichid formata din cateva straturi de molecule, in cares e exercita presiunea interfaciala, are loc reactia de schimb ionic. Datorita acestei presiuni, reactiile de schimb ionic decurg conform principiului lui Le Chatelier, cu deplasarea echilibrului spre formarea preferentiala a produsului mai dens, sau spre reactia cu contractie de volum.

Reactiile de schimb ionic care se desfasoara in filmul lichid de la interfata solid - lichid este inca nelamurita din punct de vedere teoretic, dar se poate explica prin:

teoria retelei cristaline

teoria stratului dublu electric

teoria echilibrului de membrana a lui Ponnan

Notiuni despre schimbatorii de ioni

Exista substante care in anumite conditii, pot schimba anumiti ioni pe care ii poseda (Na+, K+) , cu alti ioni (Ca2+, Mg2+) apartinand altor substante. Aceste substante au fost numite schimbatori de ioni.

Schimbatorii de ioni ocupa un loc din ce in ce mai important in economia noastra nationala. In stadiul actual al dezvoltarii industriei in tara noastra, si cu deosebire al industriei chimice, care a luat un avant fara precedent cand s-a pus un accent deosebit pe introducerea procedeelor tehnologice moderne, folosirea pe scara larga a schimbatorilor de ioni constituie un criteriu esential de promovare a tehnicii celei mai avansate. Importanta deosebita a schimbatorilor de ioni in tehnica moderna consta in faptul ca ei sunt utilizati in tot mai multe domenii industriale. De altfel, schimbatorii de ioni (aplicatiile acestora) se extind in toate sectoarele industriale, simplificand procesele tehnologice si marind randamentele de fabricatie. Aplicarea procedeelor bazate pe utilizarea schimbatorilor de ioni permit in cea mai larga masura imbunatatirea produseor, scaderea pretului de cost si marirea productivitatii muncii.

Cea mai complexa si mai plina de interes dintre toate aplicatiile sistemului ionic o ofera demineralizarea totala a apei, apa fiind unul din factorii de baza ai procesului industrial. Schimbatorii de ioni sunt folositi nu numai la dedurizarea si demineralizarea apei, dar si in multe alte domenii industriale cum ar fi:

- Cromatografia

Prepararea reactivilor puri

- Prepararea bauturilor

- Industria chimica

Purificarea inaintata a substantelor organice si anorganice

Purificare solventi

Preparare acizi si baze din saruri

- Prelucrarea suprafetei metalelor

Galvanizari

Recuperare metale pretioase

- Procese catalitice.

Dechow, F.J,1989,Separation and Purification Techniques in Biotechnology, William Andrew Publishing/Noyes, pag 163-320;

Inglezakis, V. J., Grigoropoulou, H.,2004, Effects of operating conditions on the removal of heavy metals by zeolite in fixed bed reactors. J. Hazard. Mater., B112, 37-43

Ionescu, T. Schimbul ionic in tehnica, Editura Tehnica, Bucuresti, 1969

T. Dobre, L. Calota, O. C. Parvulescu, G. Iavorschi, 2006,U.P.B. Sci. Bull, 68,13-26

Urdă, E. Angelescu, I. Săndulescu – Chimie Tehnologică Generală, partea I, Editura Universităţii din Bucureşti, 2002 (reeditată 2005)

www.tocilar.ro

www.scribd.com

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREŞTI

FACULTATEA DE CHIMIE APLICATĂ ŞI ŞTIINŢA MATERIALELOR

MASTER ŞTIINŢELE VIEŢII ŞI ECOLOGIE