Tabla de Contenidos
A vegyi anyagok tisztítása nagy jelentőségű folyamat a legtöbb technológiai alkalmazása, valamint a tudományos kutatás szempontjából. Számos elválasztási és tisztítási technika létezik, amelyek a kevert anyagok típusától és az elérni kívánt tisztaság mértékétől függenek. A víz esetében két általános tisztítási módszer a desztilláció és az ionmentesítés. Ez a két víztisztítási mód desztillált vizet, illetve ionmentesített vizet eredményez.
A következő részekben bemutatjuk, hogy mi a különbség a Föld bolygó legelterjedtebb anyagának e két „bemutatója” között, hogyan nyerhetőek el, és milyen alkalmazásokhoz szükséges az egyik vagy a másik felhasználása.
A víz tisztaságának mérése
A víztisztítási folyamatok tárgyalása előtt tisztázni kell egy, a tisztaság mérésével kapcsolatos fontos pontot. A víz egy autoprotolízis nevű reakción megy keresztül, melynek során az egyik vízmolekula eltávolítja a protont a másikból, az előbbi bázisként, az utóbbi pedig savként működik.
A kérdéses reakció a következő:
Ez a reakció reverzibilis , és a hozzá tartozó egyensúlyi állandó 10-14 , ami azt jelenti, hogy egyéb oldott vegyi anyagok hiányában a 10-7 M hidrogén- és hidroxidionok koncentrációja megegyezik .
Mivel csak ezek az ionok jelen vannak a tiszta vízben, és mivel koncentrációjuk nagyon alacsony, a tiszta víz elektromos szigetelő, és nagyon nagy elektromos ellenállása van. Minden olyan szennyeződés jelenléte, amely disszociálhat vagy befolyásolhatja a korábbi egyensúlyt (például sav vagy bázis jelenléte), elkerülhetetlenül az oldatban lévő ionok koncentrációjának növekedését okozza, ami növeli a víz vezetőképességét és , ezért növeli az ionok koncentrációját az oldatban, ezért az ellenállása csökken.
Következésképpen a víz fajlagos ellenállását (vagy vezetőképességét, bár a fajlagos ellenállás sokkal kényelmesebb) használhatjuk a víz tisztaságának közvetlen mérésére. Az alkalmazott tisztítási módszertől függően a víz fajlagos ellenállása szinte mindig mértékegységek vagy tíz MΩ.cm nagyságrendű.
Mi az a desztillált víz?
A desztillált víz olyan víz, amelyet desztillációs eljárással tisztítottak meg . Ez egy jó tisztaságú víz, amely mentes a legtöbb vírustól és baktériumtól, valamint a legtöbb ionos oldott anyagtól, például sóktól és egyéb ásványi anyagoktól, amelyek különböző okokból feloldhatók a csapvízben.
Hogyan működik a desztilláció?
A desztilláció az egyik leggyakoribb eljárás a folyékony anyagok tisztítására. Két vagy több anyag fizikai szétválasztásából áll a gőznyomás és a forráspont közötti különbség alapján.
Ez a folyamat abból áll, hogy egy folyadékot (esetünkben szennyezett vizet) egy zárt edényben forráspontig melegítünk. Ezután a gőzt egy csatornarendszeren vagy csőrendszeren keresztül egy olyan rendszerbe vezetik, amely lehűti, hogy újra lecsapódjon (a kondenzátor), majd az újonnan kondenzált folyékony vizet egy másik, a szennyezett vízmintától elkülönített tartályban tárolják.
A desztilláció energiahatékony tisztítási eljárás. Nagy mennyiségű víz elpárologtatása sok energiát igényel, és bár ennek az energiának egy része visszanyerhető a kondenzáció során, sok elvész.
Mennyire tiszta a desztillált víz?
Bár a desztilláció nagyon hatékony eljárás a legtöbb szennyeződés eltávolítására, különösen a nem illékonyak, például a sók és sok molekuláris oldott anyag eltávolítására, nem megfelelő az illékony anyagok, például az alkoholok és más szerves vegyületek, például a trihalometánok (kloroform, jodoform és mások) eltávolítására. ). Ezek az illékony anyagok a vízzel együtt elpárolognak és lecsapódnak, de a desztilláció után megmaradnak benne.
Ezen túlmenően a desztillált víz bizonyos mennyiségű iont is tartalmazhat, kivéve a hidrogén- és hidroxidionokat. A desztillált vízben a fő ionforrás a légkörből érkező szén-dioxid (CO 2 ) oldatból származik, amely reakcióba lép a víz szénsavvá alakulásával, amely viszont a következő egyenlet szerint disszociál:
A légkörnek kitett vízminta végül egyensúlyba kerül a CO 2 -vel, és körülbelül 10-6 moláris koncentrációban tartalmaz bikarbonát- és hidroniumionokat, valamint kevesebb hidroxidiont, mint a tiszta víz.
Másrészt a gőzzel és forró folyékony vízzel való érintkezés elősegítheti kis mennyiségű szennyeződés kijutását a tartályokból, amelyekben a desztillált vizet tárolják, és a csővezetékekből, amelyeken keresztül szállítják. Következésképpen a desztillált vízben szennyeződésként még mindig jelen lehetnek különféle ionok és egyéb vegyszerek.
Következésképpen a desztillált víz ellenállása általában körülbelül 1 MΩ.cm. Ez azt jelenti, hogy az ionok koncentrációja körülbelül 10-szer nagyobb, mint a teljesen tiszta vízé. Bár ez a legtöbb alkalmazásnál elhanyagolható, vannak olyanok, amelyek még ilyen szintű szennyeződéseket sem tolerálnak.
Mi az ionmentesített víz?
Ahogy a neve is sugallja, az ionmentesített víz olyan víz, amelyet valamilyen ionmentesítő eljárással tisztítottak meg, ami nem más, mint a tiszta vízben lévő kationok és anionok szelektív eltávolítása . Az ionmentesítésnek különböző fokozatai vannak, amelyek különböző módszerekkel érhetők el, és amelyek lehetővé teszik tiszta víz vagy ultratiszta víz előállítását, megkülönböztetve egymástól az alkalmazott tisztítási eljárás és a végtermék ellenállása alapján.
Meg kell jegyezni, hogy a víz ionmentesítése olyan folyamat, amelyet a desztillált víz további tisztítására hajtanak végre. Ez azt jelenti, hogy definíció szerint az ionmentesített víz mindig tisztább, mint a desztillált víz.
Hogyan működik az ionmentesítés?
Két fő módszer létezik az ionok vizes oldatból való eltávolítására: ioncserélő oszlopok és fordított ozmózis alkalmazása. Ezen technikák mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai, valamint olyan változatai, amelyek lehetővé teszik a különböző tisztasági fokok elérését.
Ioncserélő rendszerek
A víz ioncserélésének egyik fő módja az, hogy két ioncserélő oszlopon vezetik át: az egyik kationcserét egy másik anioncsere követi. Az ioncserélő oszlop egy gyantával töltött hengerből áll, amelyen keresztül desztillált vizet áramoltatnak át.
Az ioncserélő gyantáknak két fő osztálya van: a kationcserélő gyanták (kationcserélő gyanták) és azok, amelyek anionokat cserélnek (anioncserélő gyanták).
A kationcserélő gyanták oldhatatlan szilárd anyagokból állnak , amelyek felületükön savas funkciós csoportokat tartalmaznak. Vízzel érintkezve pozitív protonokat bocsátanak ki felé (hidroniumionokat képezve), így negatív töltésűek maradnak. Ez a negatív töltés azután magához vonzza és megragadja a gyanta felületén lévő vízben lévő összes többi pozitív iont.
A tiszta hatás az, hogy a gyanta eltávolítja a vízből az összes szennyezőanyagként feloldott kationt, és kicseréli azokat hidrogén-ionokra, amelyek a tiszta víz részét képezik.
Miután az összes kationt eltávolítottuk, a kapott oldatot (amely ezen a ponton disszociált savak keverékét tartalmazó oldatból áll) átengedjük egy második ioncserélő oszlopon, amely ebben az esetben egy anioncserélő gyantát tartalmaz . Ennek a gyantának a felületén bázikus csoportok vannak, amelyek hidroxid-ionokat szabadítanak fel, és megragadják a felületen lévő összes szennyező aniont.
A második ioncserélő oszlop elhagyása után a vízben korábban jelen lévő összes kationt és aniont hidrogén- és hidroxidionokkal helyettesítették, amelyek a tiszta víz részét képezik.
Ily módon 18 MΩ.cm fajlagos ellenállású ultratiszta vizet kapunk, ami a legmagasabb tisztaságú, ami elérhető.
fordított ozmózisos rendszerek
A fordított ozmózis abból áll, hogy a vizet egy féligáteresztő membránon keresztül az oldott anyagokban koncentrált oldatból egy tiszta vizet tartalmazó rekeszbe kényszerítik. Normál körülmények között az ozmózis folyamata az ellenkező irányba menne, mivel a víz mindig a saját koncentráció-gradiensét igyekszik követni, amely a tiszta vízből (ahol a lehető legnagyobb koncentrációjú) az oldott anyagokban koncentrált oldatba megy, ahol valójában víz. hígabb.
Az oldat ozmotikus nyomásánál nagyobb nyomás alkalmazása azonban lelassíthatja és végső soron megfordíthatja a vízmolekulák nettó áramlásának irányát a féligáteresztő membránon keresztül. Ezen a jelenségen alapul a fordított ozmózisos ionmentesítés.
A fordított ozmózis energiahatékonyabb eljárás, mint a desztilláció; azt az előnyt is kínálja, hogy nem igényel bonyolult és környezetszennyező eljárásokat az ioncserélő gyanták szintéziséhez és visszanyeréséhez. Ennek azonban megvan az a hátránya, hogy a féligáteresztő membránok nagyon kényesek és nagyon drágák lehetnek. Ezen túlmenően megkövetelik olyan nyomások használatát, amelyek nagyon magasak lehetnek, valamint olyan berendezéseket és létesítményeket, amelyek nem nagyon hozzáférhetők.
Másrészt ezek a membránok lehetővé teszik a víz molekuláris szintű szűrését, elkerülve az összes ion átjutását, de minden nagy molekulájú oldott anyag és természetesen minden vírus és baktérium áthaladását is, mindaddig, amíg a membrán megőrzi fizikai tulajdonságait. integritását működése során.
Az ioncserélő oszlopokon keresztül történő ioncserélt vízhez hasonlóan a fordított ozmózis 18 MΩ.cm ultratiszta víz előállítását teszi lehetővé, különösen, ha a szűrést kétszer vagy többször hajtják végre.
Mikor használnak desztillált vizet és mikor ionmentesítik?
Mint látható, a desztillált víz és az ionmentesített víz különbözik a kinyerési eljárás, a végső tisztaság, valamint a tisztítás után még jelen lévő szennyeződések típusa tekintetében.
A desztillált víz felhasználható bizonyos emberi fogyasztásra szánt termékek, például különféle italok elkészítéséhez. Oldószerként is használják a vegyiparban, olyan esetekben, amikor a kémiai reakciók nem érzékenyek az oldatban lévő ionok jelenlétére.
Vannak azonban olyan alkalmazások, amelyek még a legkisebb ion jelenlétét sem teszik lehetővé a vízben. Például a félvezetők gyártása során nagyon szigorúan ellenőrizni kell bizonyos fémkationok jelenlétét, mivel ezek erősen befolyásolják a végtermék teljesítményét.
A gyógyszeriparban az ultratiszta vizet oldószerként is használják, hogy elkerüljék a gyógyszerek ionokkal vagy más olyan anyagokkal való szennyeződését, amelyek befolyásolhatják a gyógyszerek hatékonyságát.
Az ionmentesített víz másik nagyon gyakori alkalmazása az akkumulátorok gyártása, például a legtöbb belső égésű autóban használt ólom-savas akkumulátorok gyártása. Ennek az az oka, hogy a desztillált vízben vagy bármely más kevésbé tiszta vízben előforduló ionok többsége reakcióba lép az elektrolitban lévő kénsavval, oldhatatlan sókat képezve, és így hozzájárulva az akkumulátorok visszafordíthatatlan szulfatálódásához.
Végül, a víz vagy a különböző oldatok összetételének tanulmányozására használt összes analitikai technikához ionmentesített víz használata szükséges, hogy elkerüljük a minták ugyanazokkal az ionokkal való szennyeződését, amelyeket később elemezni fognak.
Hivatkozások
- Lenntech BV (nd-a). Ionmentesített/ionmentesített víz . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/desmineralizada/agua-desionizada-desmineralizada.htm
- Lenntech BV (nd-b). a víz vezetőképessége . Lenntech. https://www.lenntech.es/aplicaciones/ultrapura/conductividad/conductividad-agua.htm
- Wasserlab. (n.d.). Általános tudnivalók a tisztított vízről . Wasserlab.Com. https://www.wasserlab.com/gestor/recursos/uploads/02.3%20Generalidades%20sobre%20al%20Agua%20purificada.pdf
- Valdivia M., RY, Pedro V., S., Laurel G., M. (2010). LABORATÓRIUMOKBAN HASZNÁLÓ VÍZ . INIMET Tudományos Műszaki Értesítő, (1). 3-10. Letöltve: https://www.redalyc.org/pdf/2230/223017807002.pdf
