بررسی تهیه سولفات پتاسیم با درصد خلوص بالا به روش تبادل یونی با استفاده از تبادل گرهای کاتیونی

سولفات پتاسیم بدلیل اهمیت در صنایع مختلف به روشهای متفاوت (سنتز و جز آن) تولید و به بازار مصرف عرضه می شود. سنتز با روش مانهایم، از مهمترین متدهای تولید این ماده محسوب می شود، با این حال بدلیل هزینه های بالا و آلودگی حرارتی محیط زیست در استفاده از کوره های با دمای زیاد، این روش مشکلات عدیده ای در پی دارد به همین سبب در این پروژه یک روش بر اساس پدیده تعویض یون در تولید این محصول ارائه شده است. صرف نظر از بخش اول این پروژه که در آن روش های متداول تهیه سولفات پتاسیم عنوان شده است، دو بخش دیگر زمینه های تئوری و عملی مختلفی از این فرایند را به همراه نتایج تحقیقات آزمایشگاهی ارائه می کند. تعویض یون را می توان یک توزیع مجدد دو یا چند نوع یون بین دو فاز مایع دانست : یک فاز مایع خارجی و یک فاز مایع داخلی (محبوس در داخل یک واسطه جامد). این یونهای جابجا شونده (که یون های متقابل نام دارند) ممکن است کاتیون و یا آنیون باشد که در حالت اول تعویض کننده را کاتیونی و در حالت دوم آنیونی گویند. شبکه جامد تعویض کننده دارای بار مخالف یونهای متقابل است که از نظر بزرگی برابر با مجموع بارهای یونهای متقابل موجود در آنست. بنابراین تعویض کننده عملا از نظر الکتریکی خنثی است. هر مبادله کننده را می توان شامل اجزاء زیر دانست : یک شبکه ی سه بعدی جامد گروه های قابل یونیزاسیون متصل به شبکه پلیمری یک حلال و در بعضی موارد اجزاء زیر نیز اضافه می گردد: یک یا چند حلال دیگر جذب شونده های الکترولیت و یا غیر الکترولیت امروزه طیف وسیعی از تعویض کننده ها (از لحاظ ساختمان و خواص) وجود دارند که مهمترین آنها عبارتند از : رزین های آلی تعویض یون، ذغالهای تعویض یون، مبادله کننده های معدنی و مبادله گرهای غیر آلی مصنوعی. زئولیتهای مهمترین گروه از دسته سوم هستند که بعلت یکنواخت بودن کانال ها و حفرات آنها بیشتر بعنوان غربال های مولکولی و یا کاتالیست واکنش ها استفاده می شوند. در حال حاضر مبادله کننده های غیر آلی مصنوعی نیز ساخته می شوند که بسیار به زئولیت ها شبیه و تقریبا دارای همان کاربرد هستند. ذغال های تعویض یون نیز، اگر چه دارای این خاصیت می باشند. اما به دلیل فاکتورهای نامناسب (راندمان، عمر مفید و ...) کاربرد محدودی دارند. رزین های الی که بر پایه کوپلیمرهایی مانند استابرن-دی وینیل بنزن و یا متیل آکریلات - دی وینیل بنزن ساخته می شوند. بدلایل متعدد، عرصه های مختلف صنعت تعویض یون را بخود اختصاص داده اند. عمر مفید زیاد، سرعت بالای تعویض یون، امکان یهبود خواص و ایجاد ویژگیهای مورد نظر، از جمله این عوامل هستند. در این پروژه نیز، یک رزین کاتیونی قوی بر پایه استایرن-دی وینیل بنزن و یا متیل آکریلات - دی وینیل بنزن ساخته می شوند. بدلایل متعدد، عرصه های مختلف صنعت تعویض یون را بخود اختصاص داده اند. عمر مفید زیاد، سرعت بالای تعویض یون، امکان بهبود خواص و ایجاد ویژگیهای مورد نظر، از جمله این عوامل هستند. در این پروژه نیز، یک رزین کاتیونی قوی بر پایه استایرن-دی وینیل بنزن، برای تحقیقات مورد استفاده قرار گرفته است. مهمترین جنبه هایی که در مورد یک تعویض کننده مطرح می شوند، عبارتند از تعادلات و سینتیک تعویض در زمینه اول چهار نوع تعادل متصور است :