آب دیونیزه چیست؟

آب دیونیزه که با نام “DI Water” نیز شناخته می شود، در یک تعریف ساده، اشاره به فرآیند دیونیزاسیون و حذف یون ها دارد. یون ‌ها نیز، اتم‌ ها یا مولکول‌ های موجود در آب هستند که دارای بار الکتریکی خالص منفی یا مثبت اند. هنگامی که از آب به عنوان بخشی از یک محصول دیگر مانند شستشو دهنده ها یا پاک کننده ها استفاده می شود، این یون ها در واقع، نوعی ناخالصی محسوب می شوند. در نتیجه باید از آب حذف گردند. اشاره کردیم که یون ها دارای دو بار مثبت و منفی هستند. یون های دارای بار مثبت با نام “کاتیون” و یون های دارای بار منفی  با نام”آنیون” شناخته می شوند. به منظور تولید آب خالص (H20) خالی از یون، رزین های تبادل یونی، با هیدروژن و هیدروکسیل استفاده می شوند تا بتوانند به ترتیب یون های مثبت و منفی را از بین ببرند. آب آشامیدنی شهری، اغلب به شکل طبیعی، حاوی آنیون های کلریدها (Cl-)، سولفات ها (SO4–)، نیترات (NO3)، کربناتها (CO3–)، سیلیس (SiO2-)، هیدروکسیل (OH-) و کاتیون های کلسیم (Ca++)، منیزیم (Mg++)، آهن (Mg++)، منگنز (Mn++)، سدیم (Na+) و هیدروژن (H+) است.

آب دیونیزه یا آب یون‌زدایی‌شده، آبی است که یون‌هایش (مولکول‌های دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی) گرفته شده‌اند. این یون‌ها معمولاً به‌صورت نمک‌های معدنی حل‌شده در آب وجود دارند که شامل کلسیم، منیزیم، آهن، سدیم، کلرید، سولفات‌ها، نیترات‌ها، کربنات‌ها و سیلیس می‌شوند. این فرآیند که یون‌زدایی نام دارد، آب را از این مواد معدنی خالص می‌کند.

شباهت‌های آب تقطیر شده و آب دیونیزه

آب تقطیر شده و آب دیونیزه دارای شباهت‌هایی هستند. به عنوان مثال، هر دو تحت فرآیندهایی قرار می‌گیرند که در آن‌ها آلاینده‌ها طبق نیازهای آزمایش حذف می‌شوند، که آن‌ها را از آب معمولی متمایز می‌کند.

هر دو آب تقطیر شده و آب دیونیزه به عنوان اشکال خالص آب شناخته می‌شوند. آن‌ها تحت فرآیندهایی قرار می‌گیرند که آلاینده‌ها و ناخالصی‌ها، از جمله نمک‌ها، مواد معدنی و دیگر مواد حل شده‌ای که معمولاً در آب لوله‌کشی یافت می‌شوند، را حذف می‌کنند.

کاربردها:

هر دو در کاربردهایی که به آب با خلوص بالا نیاز است، استفاده می‌شوند.

• در محیط‌های آزمایشگاهی، جایی که در آزمایش‌ها و فرآیندها برای اطمینان از عدم تأثیر آلاینده‌ها بر نتایج استفاده می‌شوند.
• همچنین در تولید محصولات آرایشی، دارویی و الکترونیکی و سایر صنایع به کار می‌روند.
• این نوع آب می‌تواند برای تمیز کردن مبلمان آزمایشگاهی استفاده شود. زیرا از ناخالصی‌ها و مواد معدنی عاری است و اغلب در محیط‌هایی که استانداردهای بالای تمیزی مورد نیاز است، مانند آزمایشگاه‌ها، استفاده می‌شود.

نقطه جوش:

نقطه جوش آب دیونیزه و آب تقطیر شده یکسان است و ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد.

تفاوت‌های آب دیونیزه و آب تقطیر شده

هر دو آب تقطیر شده و آب دیونیزه دارای تفاوت‌های مشخصی هستند. 

شباهت‌های آب تقطیر شده و آب دیونیزه

روش تولید آب دیونیزه 

در فرآیند یون‌زدایی، آب از یک مخزن یا کارتریج حاوی رزین‌های با بار مثبت و منفی عبور داده می‌شود. این رزین‌ها یون‌هایی با بار مخالف خود را جذب کرده و عملاً آن‌ها را از آب جدا می‌کنند. آب خالص از سیستم خارج شده و یون‌ها در رزین‌ها باقی می‌مانند در واقع در فرآیند یون‌زدایی، با استفاده از رزین‌های تبادل یونی کاتیون‌ها و آنیون‌های ناخواسته با هیدروژن (H+) و هیدروکسیل (OH-) جایگزین شوند. نتیجه این فرآیند، تشکیل آب خالص (H₂O) است که یک یون محسوب نمی‌شود.

رزین‌های تبادل یونی دانه‌های پلاستیکی کوچکی هستند که از زنجیره‌های پلیمری آلی ساخته شده‌اند و دارای گروه‌های عاملی با بار الکتریکی ثابت هستند. این رزین‌ها برای تولید آب دیونیزه (آب یون‌زدایی‌شده) استفاده می‌شوند.  برای تولید آب دیونیزه یا آب غیر معدنی یا همان DI Water، از رزین های تبادل یونی استفاده می شود. رزین ‌های تبادل یونی، دانه‌ های پلاستیکی کوچکی اند که از زنجیره ‌های پلیمری آلی تشکیل شده و دارای گروه‌ های عاملی باردار مثبت یا منفی هستند. این بارها ثابت بوده و برای یون های مثبت و منفی به شکل جداگانه استفاده می شوند. بدین نحو که رزین کاتیونی دارای یک گروه عملکردی منفی است و می تواند یون های دارای بار مثبت را جذب کند. رزین های کاتیونی دو نوع کاتیون اسید ضعیف (WAC) و کاتیون اسید قوی(SAC) هستند. رزین های کاتیونی اسید ضعیف، اغلب در دکالیزاسیون و سایر کاربردهای منحصر به فرد به کار گرفته می شود. از این رو در اینجا، بیشتر به نقش رزین های کاتیونی اسیدی قوی که در تولید آب دیونیزه استفاده می شوند، می پردازیم.

رزین های آنیون نیز به همان نحو، دارای یک گروه عملکردی مثبت اند که می تواند یون های دارای بار منفی را جذب کند. این رزین ها نیز در دو نوع آنیون باز ضعیف (WBA) و آنیون باز قوی (SBA) وجود دارند که هر دو نوع به منظور تولید آب دیونیزه استفاده می شوند، با این حال، دارای ویژگی های متفاوتی هستند. برای مثال رزین ‌های باز ضعیف، نمی توانند سیلیس و C02 را حذف ‌کنند و یا تنها توانایی خنثی ‌سازی اسیدهای ضعیف را دارند. این رزین ها در هنگام استفاده در سیستم بستر دوگانه مجزا، pH کمتر از خنثی نشان می دهند. اما رزین ‌های باز قوی، کلیه آنیون‌ ها از جمله C02 را حذف کرده و به سبب نشت سدیم هنگام استفاده در یک سیستم بستر مجزا، PH بالاتر از خنثی نشان می دهند. برخی از رزین های ترکیبی نیز، از ترکیب رزین های SAC و SBA استفاده می کنند.

برای تولید آب دیونیزه، رزین کاتیونی با اسید هیدروکلریک (HCl) بازسازی می شود. از آنجا که هیدروژن (H+) دارای بار مثبت است، در نتیجه خود را به رزین کاتیونی با بار منفی متصل می کند. در مقابل رزین آنیون با هیدروکسید سدیم (NaOH) بازسازی می شود و بار منفی هیدروکسیل (OH-)، آن را به رزین آنیونی با بار مثبت متصل می کند. یون های مختلف به مهره های رزین با قدرت های متفاوت جذب می گردند. برای مثال، کلسیم بیشتر از سدیم جذب یک رزین کاتیونی می شود، اما هیدروژن روی رزین کاتیونی و هیدروکسیل روی رزین آنیونی جاذبه زیادی ندارند. این دقیقا همان فرآیندی است که تبادل یونی را میسر می کند.

هنگامی که کاتیون های دارای بار مثبت در بین دانه های رزین کاتیون جریان پیدا می کنند، کاتیون ها با هیدروژن (H+) مبادله می شوند. به همین نحو، آنیون ‌های دارای بار منفی نیز، حین جریان در میان رزین های آنیون، منجر به تبدیل آنیون ‌ها به هیدروکسیل (OH-) می ‌شوند. در این هنگام، از ترکیب هیدروژن و هیدروکسیل را ترکیب می کنید، H20 یا آب خالص و دیونیزه تشکیل می شود.

مزایای آب دیونیزه

• خلوص بالا: آب دیونیزه عمدتاً به دلیل خواص بسیار خالص خود مورد استفاده قرار می‌گیرد که برای بسیاری از صنایع مفید است.
• هدایت الکتریکی پایین: آب دیونیزه دارای یون‌های بسیار کم یا هیچ یون نیست که آن را برای صنایعی که به آب با هدایت الکتریکی پایین نیاز دارند، ایده‌آل می‌کند.
• عدم باقی‌مانده: از آنجا که آب دیونیزه آلاینده‌ها را شامل نمی‌شود، هیچ باقیمانده‌ای از خود به جا نمی‌گذارد. همچنین به دلیل عدم تجمع نمک یا کلسیم، مفید است.
• حلال: آب دیونیزه یک حلال عالی و منحصر به فرد است. این آب به عنوان یک پایه خالص شناخته می‌شود، به این معنی که ترکیبات شیمیایی هر چیزی که به آن اضافه شود را به خود می‌گیرد.
• راحتی در عملکرد: سیستم‌های آب دیونیزه ساده و آسان برای استفاده هستند.

کاربردهای آب دیونیزه

کاربردهای آب دیونیزه

آب دیونیزه کاربردهای علمی زیادی فراتر از مصرف انسانی دارد. این آب با کیفیت بالا، خالص‌تر از آب تقطیر شده است و عمدتاً برای کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی استفاده می‌شود، اما می‌تواند در مصارف خانگی نیز به کار رود. محبوبیت آن به خاطر محتوای خلوص بالایش است و برای زمانی مناسب است که آب معمولی و آب تقطیر شده ممکن است به عملکردهای مکانیکی یا بیولوژیکی آسیب برسانند، زیرا خلوص پایینی دارند.

• سیستم‌های خنک‌کننده

• آب دیونیزه به دلیل هدایت الکتریکی پایین، یک عامل خنک‌کننده خوب برای تجهیزاتی مانند لیزرهای پرقدرت است. این آب می‌تواند از گرم شدن بیش از حد این دستگاه‌ها جلوگیری کند، به همین دلیل در سایر دستگاه‌های پزشکی نیز برای حفظ دمای مشخص استفاده می‌شود.

• آزمون‌های آزمایشگاهی:

• در هنگام انجام آزمون ‌های آزمایشگاهی، به دست آوردن نتایج دقیق ضروری است. استفاده از آب معمولی ممکن است باعث تحریف نتایج شود، زیرا آلاینده‌ها می‌توانند بر نتیجه تأثیر بگذارند. به همین دلیل، آب دیونیزه گزینه‌ای ترجیحی است. نه تنها از آن در آزمایش‌ها استفاده می‌شود، بلکه برای شستشوی ابزارها نیز کاربرد دارد.

• ماشین‌آلات صنعتی:

• ماشین‌آلات صنعتی تحت استفاده سنگین قرار دارند و باید به طور منظم تمیز شوند تا از تجمع کثیفی و آلودگی جلوگیری شود. اما آب معمولی ممکن است باعث خوردگی سریع‌تر قطعات شود و این امر هدف از تمیز کردن را زیر سؤال می‌برد، زیرا هدف جلوگیری از تجمع مواردی مانند نمک است. در نتیجه، آب دیونیزه برای خنک‌کردن، روان‌کاری و تولید برخی محصولات استفاده می‌شود.

• موتورهای خودرو:

• برای افزایش عمر خدمات باتری‌های اسید سرب یا سیستم خنک‌کننده موتور، آب دیونیزه به عنوان بهترین جایگزین آب به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. این به این دلیل است که آب معمولی ممکن است آلاینده‌های خورنده‌ای داشته باشد که باعث زنگ‌زدگی موتور می‌شود و در نتیجه عمر آن را کوتاه‌تر می‌کند. همچنین برای رقیق کردن ضد یخ متمرکز ضروری است.

• آتش‌خاموش‌کن‌ها:

• خاموش‌کردن آتش‌هایی که در اطراف تجهیزات الکتریکی ایجاد می‌شود با استفاده از آب معمولی توصیه نمی‌شود، زیرا هدایت الکتریکی بالایی دارد. اما آب دیونیزه، هدایت الکتریکی پایینی دارد. این بدان معناست که در صورت بروز آتش، می‌تواند آن را خاموش کند و آسیب کمتری به تجهیزات بزند.

• آکواریوم‌ها:

• تانک‌های ماهی باید محیطی مناسب برای رشد زیست دریایی باشند. اما آب معمولی ممکن است به قدری ناپاک باشد که باعث رشد جلبک‌های غیرمطلوب شود. به همین دلیل، برخی استفاده از آب دیونیزه را ترجیح می‌دهند، زیرا آلاینده‌های کمتری دارد. علاوه بر این، به دلیل کیفیت بالایش، می‌تواند به بهبود سلامت کلی ماهی‌ها کمک کند.

• پزشکی:

• آب بسیار خالص حاصل از دیونیزه کردن برای موقعیت‌های پزشکی ایده‌آل است. این آب می‌تواند در بسیاری از موارد مانند درمان‌های پزشکی، آزمایش‌ها و استریل‌سازی استفاده شود. صنایع پزشکی به آبی نیاز دارند که خالی از باکتری باشد تا بهترین درمان را برای بیماران خود ارائه دهند.

همانطور که می‌بینید، آب دیونیزه می‌تواند برای دلایل متعددی استفاده شود. اگر قصد دارید آن را برای کاربرد خاصی انتخاب کنید، مطمئن شوید که آن را از یک شرکت معتبر تهیه کنید. در نهایت، فقط آب دیونیزه‌ای که برای مصرف انسانی تأیید شده است را مصرف کنید.

انواع رزین‌ها  شامل سه گروه زیر می باشند

انواع رزین‌ها  شامل سه گروه زیر می باشند

الف) رزین کاتیونی: دارای گروه عاملی با بار منفی است و یون‌های دارای بار مثبت (کاتیون‌ها) را جذب می‌کند و دو نوع اصلی دارد:

1. کاتیون اسید ضعیف (WAC) : عمدتاً برای قلیایی‌زدایی استفاده می‌شود.
2. کاتیون اسید قوی (SAC) : در تولید آب دیونیزه کاربرد دارد.

ب) رزین آنیونی: دارای گروه عاملی با بار مثبت است و یون‌های دارای بار منفی (آنیون‌ها) را جذب می‌کند. دو نوع اصلی دارد:

1. آنیون باز ضعیف (WBA) : سیلیس، دی‌اکسید کربن (CO₂) و اسیدهای ضعیف را حذف نمی‌کند.
2. آنیون باز قوی: (SBA) تمام آنیون‌ها، از جمله CO₂، را حذف می‌کند.

ج) رزین‌های بستر مخلوط : (Mixed bed) از ترکیب رزین‌های SAC و SBA تشکیل شده‌اند.

نحوه عملکرد رزین ها به صورت زیر می باشد

1. بازسازی رزین:

 رزین کاتیونی با اسید هیدروکلریک (HCl) بازسازی می‌شود. یون هیدروژن (H+) که دارای بار مثبت است، به دانه رزین کاتیونی با بار منفی متصل می‌شود.

رزین آنیونی با سدیم هیدروکسید (NaOH) بازسازی می‌شود. یون هیدروکسیل (OH-) که دارای بار منفی است، به دانه رزین آنیونی با بار مثبت متصل می‌شود.

2. 2. فرآیند تبادل

    هنگامی که کاتیون‌های دارای بار مثبت از روی دانه‌های رزین کاتیونی عبور می‌کنند، با یون‌های هیدروژن (H+) مبادله می‌شوند.

به همین ترتیب، هنگامی که آنیون‌های دارای بار منفی از روی دانه‌های رزین آنیونی عبور می‌کنند، با یون‌های هیدروکسیل (OH-) مبادله می‌شوند.

3. 3. تشکیل آب خالص:

یون‌های هیدروژن (H+) و هیدروکسیل (OH-) آزاد شده، با هم ترکیب شده و آب خالص (H₂O) را تشکیل می‌دهند.

با گذشت زمان، تمام محل‌های تبادل یونی روی دانه‌های رزین کاتیونی و آنیونی پر می‌شوند و دیگر آب دیونیزه تولید نمی‌کنند. در این مرحله، رزین‌ها باید بازسازی شوند تا دوباره قابل استفاده باشند.