laboratorna-voda.sk

Deionizácia vody

Špecifikácia a výroba deionizovanej vody

Výroba deionizovanej vody

Ióny sú elektricky nabité atómy alebo molekuly nachádzajúce sa vo vode, ktoré majú buď čistý negatívny alebo pozitívny náboj. Pri mnohých aplikáciách, ktoré používajú vodu na oplach alebo ako prísadu, sa tieto ióny považujú za nečistoty a musia sa z vody odstrániť. Ióny s kladným nábojom sa nazývajú „katióny“ a ióny so záporným nábojom sa nazývajú „anióny“. Iónomeničové živice sa používajú na výmenu nežiaducich katiónov a aniónov s vodíkom, respektíve hydroxylom, za vzniku čistej vody (H20), ktorá nie je iónom.

Katióny (odstránené katiónovými živicami)

Anióny (odstránené aniónovými živicami)

Vápnik (Ca ++)

Chloridy (Cl-)

Horčík (Mg ++)

Sírany (SO4--)

Železo (Fe +++)

Dusičnany (NO3-)

Mangán (Mn ++)

Uhličitany (CO3--)

Sodík (Na+)

Oxid kremičitý (SiO2-)

Vodík (H+)

Hydroxyl (OH-)

Ako funguje iónová výmena?

Živice na výmenu iónov sa používajú na výrobu deionizovanej vody (demineralizovaná voda alebo „DI voda“). Tieto živice sú malé plastové guľôčky, ktoré sú zložené z reťazcov organických polymérov, ktoré majú nabité funkčné skupiny zabudované do živicových guľôčok. Každá funkčná skupina má buď pevný kladný alebo záporný náboj.

Katiónová živica má negatívnu funkčnú skupinu, a preto priťahuje kladne nabité ióny. Existujú dva typy katiónových živíc, slabé kyslé katióny (WAC) a silné kyslé katióny (SAC). Slabá kyslá katiónová živica sa používa hlavne v dealkalizácii a iných unikátnych aplikáciách. Z tohto dôvodu sa zameriame na vysvetlenie úlohy silných kyslých katiónových živíc používaných na výrobu deionizovanej vody:

Aniónová živica má pozitívnu funkčnú skupinu, a preto priťahuje negatívne nabité ióny. Existujú dva typy aniónových živíc, anión slabej zásady (WBA) a anión silnej bázy (SBA). Oba typy aniónových živíc sa používajú na výrobu deionizovanej vody, majú však odlišné vlastnosti uvedené nižšie:

  • Živice WBA neodstraňujú oxid kremičitý, C02 ani nemajú schopnosť neutralizovať slabé kyseliny a pri použití v systéme s dvojitým oddeleným lôžkom majú nižšie ako neutrálne pH.

  • Živice SBA odstraňujú všetky anióny vo vyššie uvedenej tabuľke vrátane CO2 a pri použití v systéme s dvojitým oddeleným lôžkom majú vyššie ako neutrálne pH kvôli úniku sodíka.
Oddelené lôžko vs. zmiešané lôžko

Demineralizácia vody si preto vyžaduje použitie najmenej dvoch typov iónomeničových živíc na výrobu deionizovanej vody. Jedna živica odstráni kladne nabité ióny a druhá záporne nabité ióny. V systéme s dvoma lôžkami je katiónová živica vždy prvá v rade. Keď mestská voda vstupuje do nádrže naplnenej katiónovou živicou, všetky pozitívne nabité katióny sú pritiahnuté k guľôčke katiónovej živice a vymenené za vodík. Negatívne nabité anióny nie sú priťahované k guľôčke katiónovej živice a neprechádzajú. Pozrime sa napríklad na chlorid vápenatý v napájacej vode. V roztoku je vápenatý ión kladne nabitý a prichytí sa na guľôčku katiónu a uvoľní vodíkový ión. Chlorid má negatívny náboj, a preto sa nepripojí k guľôčke katiónovej živice.

Vodík, ktorý má kladný náboj, sa naviaže na chloridový ión za vzniku kyseliny chlorovodíkovej (HCl). Finálny výstup z výmenníka SAC bude mať veľmi nízke pH a oveľa vyššiu vodivosť ako vstupná napájacia voda.Výstup z katiónovej živice bude pozostávať zo silných a slabých kyselín. Táto kyslá voda potom vstúpi do nádrže naplnenej aniónovou živicou. Aniónová živica priťahuje negatívne nabité anióny, ako je chlorid, a vymieňa ich za hydroxylové skupiny. Výsledkom je vodík (H+) a hydroxyl (OH-), ktorý tvorí H20. V skutočnosti systém s dvoma lôžkami neprodukuje skutočnú H20 v dôsledku „úniku sodíka“. Ak sodík uniká cez nádrž na výmenu katiónov, potom sa spojí s hydroxylom a vytvorí hydroxid sodný, ktorý má vysokú vodivosť.

Deionizátor vody
Zmiešané lôžko (Mixed-Bed)

K úniku sodíka dochádza, pretože sodík a vodík majú veľmi podobnú príťažlivosť ako guľôčky katiónovej živice a niekedy sa sodíkový ión nevymení za vodíkový ión.V systéme zmiešaného lôžka sú silné kyslé katióny a silne zásadité aniónové živice zmiešané. Vďaka tomu nádrž so zmiešaným lôžkom funguje ako tisíce jednotiek s dvoma lôžkami v jednej nádrži. Výmena katiónov/aniónov prebieha v živicovom lôžku znova a znova. Únik sodíka je riešený kvôli veľkému počtu opakovaných výmen katiónov/aniónov. Použitím zmiešaného lôžka typu (Mixed-Bed) môžete vyrábať najvyššiu možnú kvalitu deionizovanej vody.