• بازدید : 58 views
  • بدون نظر
این فایل در ۶۲صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

رزين هاي تعويض يوني ذرات جامدي هستند كه مي توانند يون هاي نامطلوب در محلول را با همان مقدار اكي والان از يون مطلوب با بار الكتريكي مشابه جايگزين كنند.
در سال ۱۸۵۰ يك خاك شناس انگليسي متوجه شد كه محلول سولفات آمونيمي كه به عنوان كود شيميايي بكار مي رود، در اثر عبور از لايه هاي ستوني از خاك، آمونيم خود را از دست مي دهد بگونه اي كه در محلول خروجي از ستون خاك، سولفات كلسيم در محلول ظاهر مي شود. 
اين يافته توسط ديگران پيگيري شد و متوجه شدند كه سيليكات آلومينيوم موجود در خاك قادر به تعويض يوني مي باشد. اين نتيجه گيري با تهيه ژل سيليكات آلومينيوم از تركيب محلول و سولفات آلومينيم و سيليكات سديم به اثبات رسيد. بنابراين اولين رزين مصنوعي كه ساخته شد سيليكات آلومينيوم بود.
به رزين هاي معدني، زئوليت مي گويند و در طبيعت سنگهاي يافت مي شوند كه مي توانند كار زئوليت هاي سنتزي را انجام دهند. اين مواد، يون هاي سختي آور آب ( كلسيم و منيزيم) را حذف مي كردند و بجاي آن يون سديم آزاد مي كردند از اينرو به زئوليت هاي سديمي مشهور شدند كه استفاده از آن در تصفيه آب مزاياي زيادي داشت چون احتياج به استفاده از مواد شيميايي نبود و اثرات جانبي هم نداشتند. اما زئوليت هاي سديمي داراي محدوديتهايي بودند. اين زئوليت ها مي توانستند فقط سديم را جايگزين كلسيم و  منيزيم محلول در آب نمايند و آنيونها بدون تغيير باقي مي ماندند. از اين رو آب تصفيه شده با زئوليت هاي سديمي به همان اندازه آب خام، قلياييت، سولفات، كلرايد و سيليكاتت دارند.
واضح است كه چنين آبي براي صنايع مطلوب نيست. مثلاً بي كربنات سديم محلول در آب مي تواند مشكلاتي را در مراحل بعدي براي ديگ بخار بوجود آورد. زيرا در اثر حرارت به سود و گاز دي اكسيد كربن تبديل مي شود. سود يكي از عوامل مهم در خوردگي موضعي در نيروگاههاست كه بحث مفصل تر آن در مباحث آينده خواهد آمد. گاز دي اكسيد كربن موجود در بخار آب در اثر ميعان بخار به صورت اسيد كرينيك در مي ايد كه باعث خوردگي لوله هاي برگشتي مي شود كه بخار آب خروجي از توربين را به كندانسور (چگالنده) مي برند.
يكي ديگر از اشكلات مهم استفاده از زئوليت ها ي سديمي، عدم كاهش غلظت سيليس در آب تصفيه شده مي باشد كه يكي از خطرناكترين ناخالصي هاي آب تغذيه ديگ بخار در فشارهاي زياد مي باشد.
تحقيقات براي رفع عيوب زئوليت هاي سديمي ادامه يافت تا آنكه  در اواسط دهه ۱۹۳۰ در هلند زئوليت هايي ساخته شد كه بجاي سديم فعال، هيدروژن فعال داشتند . اين زئوليت ها كه به تعويض كننده هاي كاتيوني هيدروژني معروف شدند، مي توانستند تمام نمكهاي محلول در آب را به اسيدهاي مربوط تبديل كنند. بعنوان مثال بي كربناتهاي كلسيم و منيزيم به اسيد كربنيك تبديل مي شوند كه اسيد كربنيك بي دي اكسيد كربن و آب تجزيه مي شود.
دي اكسيد كربن توليد شده را مي توان توسط هوادهي يا هوازدايي از محيط حذف كرد. لذا با اين روش تمام قلياييت بي كربناتي حذف مي شود. رزين هاي كاتيوني هيدروژني جديد، سيليس نداشته و علاوه بر اين قادرند همزمان هم سختي آب را حذف كنند و هم قلياييت آب را كاهش دهند.
آب خروجي از تعويض كننده كاتيوني هيدروژني، اسيدي است و بايد خنثي شود. اين كار با اضافه كردن قليا (‌باز) يا مخلوط كردن خروجي تعويض كننده كاتيوني هيدروژني با خروجي تعويض كننده سديمي (زئوليت ) امكان پذير است.
تعويض كننده هاي كاتيوني هيدروژني هم داراي محدوديت هايي هستند. هنوز آنيونها، مثل سولفات كلرايد و سيليكات حذف نمي شوند.
براي بهبود تكنولوژي تصفيه آب گام هاي اساسي در سال ۱۹۴۴ برداشته شد كه باعث توليد رزين هاي تعويض يوني آنيوني شد. (۳) رزين هاي كاتيوني هيدروژني تمام كاتيونهاي آب را حذف مي كنند و رزين هاي آنيوني تمام آنيونهاي آب از جمله سيليس را حذف مي نمايند. در نتيجه مي توان با استفاده از هر دو نوع رزين، آب بدون يون توليد كرد. پيشرفت هاي بعدي كه در دهه ۱۹۵۰ حاصل شد منجر به اختراع و توليد رزين هاي تعويض يوني ضعيف گرديدكه صرفه جويي قابل توجهي در مصرف مواد شيميايي مورد نياز براي احياء رزين ها را باعث شد.
 
۲- شيمي رزين ها
همانگونه كه مي دانيد محلول هاي الكتروليت داراي يون هاي مثبت (‌كاتيون) و يونهاي منفي (آنيون) هستند و از نظر بار الكتريكي خنثي هستند. يعني مجموع آنيون ها و مجموع كاتيون ها از نظر بار الكتريكي با هم برابرند.
رزين هاي تعويض يوني شامل بار مثبت كاتيوني و بار منفي آنيوني مي باشند به گونه اي كه از نظر الكتريكي خنثي هستند. اما تعويض كننده ها با محلول هاي الكتروليت اين تفاوت را داند كه فقط يكي از دو يون، متحرك و قابل تعويض است. بعنوان مثال يك تعويض كننده كاتيوني سولفونيك داراي نقاط آنيوني غير متحركي است كه شامل راديكال هاي آنيوني   مي باشد كه كاتيون هاي متحركي مثل H+ يا Na+ مي توانند به آن متصل باشند. اين كاتيون هاي متحرك مي توانند در يك واكنش تعويض يوني شركت كنند و به همين صورت يك تعويض كنده آنيوني داراي نقاط كاتيوني غير متحركي است كه آنيون هاي متحركي مثل هيدروكسيل يا كلرايد مي توانند به آن متصل باشند.
در اثر تعويض يوني، كاتيون ها با آنيون هاي موجود در محلول با كاتيون ها و آنيون هاي موجود در رزين تعويض مي شوند به گونه اي كه هم محلول و هم رزي ناز نظر الكتريكي خنثي باقي مي مانند. بايد توجه داشت كه در اينجا با تعادل جامد- مايع سروكار داريم بدون آنكه جامد در محلول حل شود. براي آنكه يك تعويض كننده يوني جامد، مفيد باشد، بايد داراي شرايط زير باشد : 
۱- خود داراي يون باشد.
۲- در آب غير محلول باشد.
۳- فضاي كافي در شبكه تعويض كننده وجود داشته باشد كه يون ها بتوانند بسهولت در شبكه جامد رزين وارد يا خارج شوند.
اكثر رزين هاي تعويض يوني كه در تصفيه آب بكار مي روند رزين هاي سنتزي هستند كه با پليمريزاسيون تركيبات آلي حاصل شده اند. بعنوان مثال روش تهيه رزين هاي سولفونيك در اينجا شرح داده مي شود.
براي ساختن رزين، استيرن را با دي وينيل بنزن مخلوط مي كنند و به آن يك ماده پراكسيد و يك عامل تفرق ساز  مي افزايند. آنگاه اين مخلوط را به آب اضافه مي كنند و با يك همزان آنقدر هم مي زنند تا  بصورت قطرات معلق با اندازه معين در آيند.
با حرارت دادن پليمريزاسيون شروع مي شود كه چون گرمازاست بايد با يك ماده سرد كننده، دما راكنترل كرد. ذرات به تدريج ويسكوز شده و در نهايت به صورت ذرات يا دانه هاي كروي در مي آيند. حرارت دادن ادامه مي يابد تا زماني كه پليمريزاسيون كامل شود. دانه هاي حاصل، شبكه پلي استيرن را تشكيل مي دهند. حال براي تهيه تعويض كننده كاتيوني بايد دانه ها را با سولفوريك اسيد تركيب كرد تا گروه HSO3 به شبكه هيدروكربن متصل شود. به ازاء هر دو گروه بنزن، حدود هشت تا ده گروه HSO3 در شبكه وارد مي شود.
براي تهيه تعويض كننده آنيوني بايد شبكه را با كلرايد متيل يا آمين تركيب كرد. رزين هاي  حاصل وقتي خشك شوند، شكننده خواهند بود و زنجيرها خيلي نزديك به هم قرار مي‌گيرند. به گونه اي كه يون ها نمي توانند به راحتي در دانه ها نفوذ كنند اما وقتي در آب قرار بگيرند با جذب آب متورم  مي شوند و زنجيرها از هم فاصله مي گيرند به طوري كه نفوذ يون ها امكان پذير مي شود. درجه متورم شدن بستگي به مقدار دي وينيل بنزن دارد. رزين هاي تجارتي در حدود ۸-۲۰% دي وينيل بنزن دارند. 
هر دانه رزين با آنيون غير متحرك    و يون متحرك H+ را مي توان همچون يك قطره سولفويك اسيد با غلظت ۲۵% تصور كرد كه اين قطره در غشايي قراردارد كه فقط كاتيون از آن مي تواند عبور كند. در شكل ۹-۲ مقطعي از يك دانه رزين را نشان مي دهد كه معادل تصور قطره اي آن نيز نشان داده شده است.
قدرت اسيدي يا بازي يك تعويض كننده را مي توان با تيتراسيون معلوم كرد كه براي اين كار، تغيير در  pH يك سوسپانسيون از آن رزين را اندازه مي گيرند.
  • بازدید : 46 views
  • بدون نظر
این فایل در ۳۰صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

زئوليت ها يك گروه مشهور از كاني ها براي كلكسيونرها و وبه منظور اهداف صنعتي وديگر هدفها است.اين كاني ها تركيبات نادر، زيبا و منحصر به فردي هستند .زئوليت ها نتيجه دگرگوني ضعيف هستند. تعدادي از اشكال زئوليت ها در دما و فشار پايين كه به سختي مي‌توان آن را دگرگوني ناميد، تشكيل مي‌شوند. در حالي كه تعدادي ديگر ار آنها در شرايط دگرگوني قابل مشاهده اي بوجود مي آيند.كريستالهاي زئوليت به دليل ساختار و خصوصيات نادرشان مورد تحقيق وبررسي قرار مي گيرند.
زئوليت ها داراي ساختار كريستالي متشكل از تتراهدرون هاي به هم متصل شده Alo4 ,Sio4 هستند. يون آلومينيوم، به دليل كوچك بودن در مركز تترا هدرون با ۴ اتم اكسيژن قرار مي گيرد وجايگزيني همشكلي يون  si+4با يونAl+3، باعث ايجاد بار منفي در شبكه مي شود. ساختار سيليكاتهاي آلومينيومي، داراي بار‌منفي مي باشد و كاتيون هاي با بار مثبت را بر روي سايتهاي با بار منفي جذب مي كند. بار خالص منفي با كاتيون هاي تبادلي مثل سديم، پتاسيم و كلسيم خنثي مي شود واين كاتيون ها نيز با كاتيون هايي مثل zn+2,cd+2, pb+2,Mn+2 قابل تبادل هستند.(۹،۱۰). 
برخلاف تكتو سيليكاتهاي ديگر، زئوليت‌ها فضاهاي خالي يا محفظه هايي در ساختار خود دارند كه به كاتيون‌هاي بزرگ ماند سديم، پتاسيم،باريم و كلسيم و هر مولكول بزرگي و همچنين يونهاي هيدراته مانند آمونيوم، يونهاي بيكربنات و يونهاي نيترات اجازه عبور مي دهند. گروه ديگري از زئوليت ها داراي فضاهاي بهم مرتبط و كانال هاي عريض با اندازه هاي متفاوت هستند كه كاربرد بيشتري در مصارف گوناگون دارند.
ويژگي مهم زئوليت ها، توانايي در جذب و از دست دادن آب بدون صدمه زدن به ساختار كريستالي است. كانال هاي بزرگ موجود در اين كاني ها باعث مي شوند كه اين كاني ها وزن مخصوص پاييني داشته باشند.
زئوليت ها كاربردهاي مفيد زيادي دازند. اين كاني ها به منظور فيلتر كردن مواد ، حذف بو ازمحيط و تصفيه‌كننده هاي شيميايي و حذف گاز از محيط استفاده مي شوند.
خصوصيات مرفولوژي اين كاني، نشان مي دهدكه يك ساختار شبكه اي باكانال هاي باز ۸تا۱۰ حلقه اي، زئوليت را تشكيل داده است.(۱۱) تحقبقات قابل توجهي ، ‌برروي خصوصيات شيميايي و خصوصيات تبادل يوني و خصوصيات سطح كاني clinoptilolite انجام شده است. 
زئوليتها از نوع سيليكاتهاي آبدار نوع داربستي شمرده مي شوند. قابليت تعويض يوني زيادي دارند و در دماي پايين آب خود را از دست مي دهند. كانيهاي مهم اين خانواده در جدول زير گزارش شده است.
كاني هاي مهم زئوليتي

نام فرمول
آناليسم NaAlSi2O6
ناتروليت Na2Al2Si3O10.2H2O
اسكولسيت CaAl2Si3O10.3H2O
تامسونيت NaCa2Al5Si3O20.6H2O
هيولانديت Ca2 Al4 Si14 O 36.12 H2O
فيليپسيت K2, Na2,Ca)( Al2 Si6) O16.6H2O)
موردنيت Na2, K2,Ca) Al2 Si10 O24.7H2O)
هارموتوم K2,Ba(Al2 Si6) O16,6 H2O
استيلبيت Na2, Ca)( Al2 Si7 O18).7 H2O)
شابازيت Ca, Na2)( Al2 Si4 O12). 6 H2O)
لامونتيت Ca ( Al2 Si4 O12). 4H2O
كلينوپتاليت Na6{(Al O2)6(SiO2)3O}.24 H2O
نحوه تشكيل زئوليتها به روش طبيعي 
زئوليت ها در طبيعت به صورت هاي زير تشكيل مي شوند:
در درياچه هاي قليايي ونمكي 
در سيستم باز آبهاي زيرزميني 
رسوبات عميق دريا
ازآلتراسيون توفها
درخاكهاي محيط قليايي

درياچه هاي قليايي ونمكي 
در درياچه هاي قليايي و نمكي واقع در مناطق گرم و خشك مواد زيرمي توانند به زئوليت تبديل شوند: شيشه هاي طبيعي، توفها، كائولينيت، مونتموريونيت، وپلاژيوكلاز.
زئوليتهايي كه در اين محيط تشكيل مي شوند عبارتند از فيليپسيت، كلنوپتاليت، اريونيت و به مقدار كمتر موردنيت وشابازيت.علاوه بر زئوليتها ، سديم فلدسپات ، پتاسيم فلدسپات وكاني هاي داراي بر نيز تشكيل مي شود.
آلتراسيون 
زئوليتها در شرايط مناسب از تاثير محلولهاي گرمابي تشكيل مي شوند. معمولاً كلينوپتاليت و موردنيت در اعماق كمتر (دماي كمتر) و آناليست ، هيولانديت، لامونتيت، و واراكيت در اعماق بيشتر ( دماي بيشتر) تشكيل مي شوند.
مناطق با سيستم هاي آبهاي زيرزميني باز
در اين مناطق خاكستر و ديگر مواد پيرو پلاستيكي تحت تاثير آبهاي زير زميني و سطحي قرار گرفته و تغييراتي از سطح به عمق در آنها ايجاد مي شود. در سطح، كاني هاي رسي  بويژه اسمكتيت تشكيل مي شود. و با حمل مواد به اعماق بيشتر ضمن افزايش pH شرايط براي تبديل شيشه به زئوليتها فراهم مي شود.
خاكستر ومواد پيرو كلاستيكي كه در محيط خشكي تشكيل شده اند تا اعماق ۲۰ تا ۵۰۰ متر حاوي كانيهاي رسي بوده و بعد از آن در صورت مناسب بودنpH آبهاي زير زميني، زئوليتها تشكيل مي شوند. 
خاكهاي محيط هاي قليايي 
در محيط هاي خشك ونيمه خشك به دليل تبخير زياد، كربناتها و بيكربناتها ي سديم در افق سطحي خاك افزايش يافته وبا افزايش pH محيط براي تشكيل زئوليتها مناسب مي شود. محدوده تشكيل زئوليتها از سطح آبهاي زير زميني به طرف سطح زمين است.
رسوبات عميق سطح دريا
توفها ورسوبات عميق دريايي تحت تاثير چرخه هاي آب گرم قرار مي گيرند و اگر شرايط مناسب باشد به زئوليت تبديل مي شوند. 
موارد كاربرد زئوليت:
زئوليت ها به طور كلي شامل دو دسته طبيعي و مصنوعي بوده كه اكثر گونه هاي طبيعي بفرم مصنوعي نيز تهيه شده اند.خصوصيت تعويض يوني زئوليت ها اولين بار بوسيله ايچورن (Eichhorn) مورد بررسي وتجزيه و تحليل قرار گرفت و از آن پس در مقياس صنعتي و در نقش سختي گير آب مورد استفاده واقع گرديد.
     اگر چه انواع مصنوعي زئوليت ها به دلايل گوناگون از جمله درجه خلوص بالا،قابليت دسترسي اسان ونيز قابل تغيير و تنظيم بودن اندازه حفره ها با تنظيم شرايط سنتز بر انواع طبيعي برتري داشته ولي بدليل كشف منابع و ذخائر عظيم و نسبتاً خالص انواع گونه هاي طبيعي در اقصي نقاط دنيا ونيز بدليل ارزاني و عدم انحصار آنها در دست شركتها و كمپاني هاي بزرگ،نظر بسياري از محققين رشته هاي مختلف علوم و همچنين صنايع گوناگون را به خود جلب كرده است ونتايج بسيار اميد بخشي را بدنبال داشته است
   فراوانترين زئوليت هاي طبيعي شامل كلينوپتيلوليت (Clinoptilolite)، آنالسيم (Analsim)، لامونيت (Lamunite)، فيليپسيت (Philipsite)، موردنيت (Mordenite) وهيولانديت (Heulandite) مي باشند كه از نظر جغرافياي در كشورهاي مثل آمريكا،مكزيك،بلغارستان،ايتاليا،روسيه و…ذخائر عظيمي وجود دارند.در ايران نيز ذخائر عظيمي از اين ماده معدني شناسائي شده است و نيز با توجه به طبيعت ايران كه پتانسيل مناسبي براي زئوليت زائي داشته، منابع و ذخائر عظيمي در مناطق گوناگون وجود خواهد داشت.
      با وجود اينكه گونه هاي طبيعي ومصنوعي زيادي شناخته شده است ولي تاكنون تنها تعدادكمي از آنها كاربرد صنعتي پيدا كرده اند واز نقطه نظر اقتصادي و تجاري مورد توجه واقع شده اند.كه از آن جمله ميتوان از زئوليت هاي سنتزي ZSM-5,F,X,Y,L,A وW   و  زئوليت هاي طبيعي كلينوپتيلوليت، موردنيت،فيليبسيت, شابازيت واريونيت را نام برد.
        زئوليت ها در صنايع مختلفي اعم از صنايع نفت وپتروشيمي بعنوان كاتاليزور،صنايع نسوزوسراميك،صنايع شوينده بعنوان جايگزين فسفاتها،صنايع كشاورزي بعنوان حاصلخيز كننده و اصلاح كننده خاك،در دامپروري واز همه مهمتر در تصفيه و پاك سازي فاضلابهاي شهري،صنعتي وهسته أي از آلاينده هاي مضروسمي نظير فلزات سنگين ،آمونياك وراديو ايزوتوپهاي نظير سزيم واسترانسيم كاربرد تجارتي پيدا كرده اند.

عتیقه زیرخاکی گنج