یکی از مهم ترین حلال ها در کارخانجات موادغذایی , آزمایشگاه ها و مراکز تحقیقاتی آب دیونیزه است. بسیاری از آزمایشات شیمیایی و بیولوژیکی با استفاده از آب خالص یا دیونیزه انجام می شود. آب معمولی به دلیل داشتن نمک محلول به هنگام عبور از محیط های گوناگون مقداری کربنات در خود حل می کند این کربنات ها به همراه یون های دیگر از جمله منیزیم و کلسیم باعث ایجاد سختی در آب می شود. واکنش هایی که بین پیوندهای مولکولی اتفاق می افتد ممکن است تحت تاثیر مواد محلول و یا نامحلول موجود در آب قرار گیرند بنابراین در آزمایشگاه ها باید از آب خالص یا دیونیزه استفاده کرد.
موارد استفاده از آب دیونیزه
آب دیونیزه در صنعت و آزمایشگاه و مراکز تحقیقاتی کاربردهای زیادی دارد که به آن اشاره می کنیم:
- استفاده از آب دیونیزه برای شستشوی وسایل آزمایشگاه و تجهیزات فلزی حساس و ظربف
- در صنعت از آب دیونیزه برای خنک سازی دستگاه های صنعتی استفاده می شود.
- در دستگاه دیالیز از آب دیونیزه به عنوان حلال مواد معدنی برای وارد کردن آنها به بدن استفاده می شود.
- آب دیونیزه به عنوان بخار مورد نیاز توربین بخار به کار می رود.
- برای تولید مواد آرایشی و بهداشتی به کار می رود.
- قابل استفاده برای تولید شامپو و مواد شوینده
- قابل استفاده برای لیزر پزشکی
آب دیونیزه و خواص آن برای پوست
آب دیونیزه به دلیل کاهش حجم مولکولی حلالیت و نفوذ بیشتری دارد بنابراین آبرسانی به سلول های پوستی را چند برابر می کند. آب با سختی صفر خواص فوق العاده ای برای شادابی پوست داشته باشد شامل :
- آب فوق خالص با آبرسانی خوبی که دارد از دهیدراته شدن پوست جلوگیری می کند
- آب خالص با کشیدگی و سفت شده پوست می شود و از چروک شدن پوست جلوگیری می کند
- استفاده از آب خالص باعث می شود که خونرسانی در عروق زیر پوست افزایش یابد و از نکروز پوست در یک ناحیه خاص جلوگیری می کند.
- آب باسختی صفر کلیه آلودگی ها و یون های موجود در روی پوست را از بین می برد.
- آب دیونیزه باعث می شود که کلیه سلول های مرده پوست از بین برود و عمل پلینگ را برای پوست انجام می دهد.
استفاده از آب خالص باعث شادابی و طراوت پوست می شود و با شست و شو روزانه هیچ مشکل پوستی مثل خشک شدن بیش از اندازه پوست به وجود نمی آید.
روش تهیه آب دیونیزه
برای تهیه آب دیونیزه یا فوق خالص ۴ روش وجود دارد.
۱- تقطیر برای تهیه آب خالص
تهیه آب دیونیزه با استفاده از تقطیر یکی از روش های قدیمی محسوب می شود که در ابتدا آب جوشانده می شود سپس بخار آن از یک خنک کننده عبور داده می شود. در این روش آب توسط المنت های الکتریکی به بخار تبدیل می شود سپس بخار تولید شده از مارپیچ به نام مبرد عبور می کند و در اثر میعان آب تولید شده یا آب خالص در مخزن دیگر جمع آوری می شود. در دستگاه های آب مقطر گیر کلیه مخازن و مبرد از پیرکس یا فولاد ضد زنگ ساخته می شود که فولاد ضد زنگ به دلیل راحتی در تمیز کردن بیشترین کاربرد را دارد.
مشکلات روش تقطیر برای تولید آب فوق خالص شامل:
- نگهداری و تامین انرژی تجهیزات آب مقطر گیری هزینه بالایی دارد.
- تمیز کردن دستگاه تقطیر برای تولید آب مقطر کاری وقت گیر و مشکل است.
- ایجاد تداخل در آب مقطر با جوشانده شدن آب با دمای زیاد و پرتاپ مولکول های آب در مبرد
- امکان ورود یون های کلر آب , مس و گازها از بخار آب به آب مقطر
- دستگاه تقطیر تنها قادر به تولید آب مقطر به میزان ۵ الی ۱۰ لیتر می باشد.
- امکان برق گرفتگی در هنگام کار با دستگاه وجود دارد و باید نکات ایمنی رعایت شود.
۲- تبادل یونی برای تولید آب دیونیزه
در این روش از رزین های آنیون و کاتیون به صورت مجزا و ترکیبی برای تولید آب دیونیزه استفاده می شود. در روش مجزا آب از رزین کاتیون عبور داده می شود و تبادل یونی مثبت با گروه H انجام می شود به گونه ای که یون های مثبت هیدروژن با بار مثبت به رزین های کاتیون می چسبد. سپس آب از رزین های آنیونی عبور داده می شود و تبادل یونی منفی با گروه OH یا هیدروکسیل انجام می شود و به آنیون ها می چسبد. در نهایت یون های آزاد شده H و OH به صورت مولکول H2O به وجود می آیند. در روش ترکیبی میزان خاصی رزین کاتیون و رزین آنیون در یک ستون قرار داده می شود و تبادل یونی مثبت و منفی به صورت یک جا انجام می شود. این روش بهتر از روش مجزا است به دلیل اینکه محیط اسیدی بعد از ستون کاتیون به وجود نمی آید.
۳- روش جذب برای تولید آب دیونیزه
در این روش برای تولید آب فوق خالص یا دیونیزه با استفاده از فیلتر کربن UDF , فیلتر کربن بلاک و فیلتر الیافی تصفیه آب یا پروپلین ناخالصی های موجود در آب تاحدی جذب می شوند. در دستگاه های تصفیه آب خانگی این فیلترها به عنوان فیلترهای پیش تصفیه به کار می رود.
۴- روش اسمز معکوس برای تولید آب فوق خالص
در این روش از غشای نیمه تراوا یا فیلتر ممبران تصفیه آب برای تولید آب خالص استفاده می شود. در این روش با حرکت آب با غلطت بیشتر با فشار زیاد به سمت آب با غلظت کمتر حرکت می کند و در نهایت آب آلوده به صورت پساب خارج می شود. در این روش بیش ۹۹ درصد ناخالصی های موجود در آب حذف می شود. حتی در این روش کلیه باکتری ها و ویروس ها تا حد زیادی حذف می شوند.
یکی از روش های مقرون به صرفه برای تولید دیونیزه ترکیب دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس و تبادل یونی است . در این روش ابتدا سختی آب معمولی اندازه گیری می شود سپس میزان TDS آب تا میزان زیادی کاهش می یابد. سپس با استفاده از یک سیستم رزینی و تبادل یونی دوباره میزان سختی آب کاهش می یابد. در این روش بهتر است از تبادل یونی ترکیبی استفاده شود که با استفاده از رزین کاتیونی کلیه یون های منیزیم , کلسیم , سدیم و پتاسیم حذف می شوند و با استفاده از رزین آنیون کلیه یون های کربنات , سولفات و کلراید حذف می شوند. در نهایت آب دیونیزه فوق خالص تولید می شود که در آزمایشگاه ها و مراکز تحقیقاتی قابل استفاده خواهد بود.
چگالی آب دیونیزه
آب دیونیزه یا فوق خالص به دلیل اینکه کلیه ناخالصی های خود را از دست داده است چگالی کمتری نسبت به آب معمولی دارد. همچنین رسانایی الکتریکی آب دیونیزه از آب معمولی کمتر است و در واکنش هایی که نیاز به گذردهی پایین جریان الکتریکی باشد از آب مقطر یا فوق خالص استفاده می شود. در فعالیت های آزمایشگاهی آب خاصی که میزان سختی آن کمتر از ۲ppm باشد دارای بهترین کیفیت برای انجام واکنش های شیمیایی است.
دستگاه تولید آب دیونیزه
دستگاه تولید آب دیونیزه یکی از دستگاه هایی است که برای تولید آب فوق خالص استفاده می شود. عملکرد این دستگاه برای تولید آب دیونیزه به روش تبادل یونی است. دستگاه آب دیونیزه ساز از یک یا چند ستون تشکیل شده است که به صورت سری یا موازی در کنار هم قرار گرفته اند. این دستگاه معمولا از یک ستون کاتیون و یک ستون آنیون تشکیل شده است. آنیون های آب شامل کلرید , سولفات, سیلیکات و نیترات و کاتیون های آب شامل سدیم , پتاسیم , کلسیم و منیزیم توسط تبادل یونی با رزین ها حذف می شوند و آب فوق خالص برای مصارف صنعتی و آزمایشگاهی تولید می شود. عملکرد رزین های دیونایزر به نوع چیدمان و ترتیب قرارگیری ستون ها , نوع و ظرفیت رزین مصرفی و غلظت یون های موجود در آب . میزان و نوع احیا کننده های رزین بستگی دارد. کاربرد دستگاه های دیونایزر در آزمایشگاه ها , داروسازی , شست و شوی مدارها و آب مقطر سازی است.
تفاوت آب دیونیزه و آب مقطر
برای تهیه آب فوق خالص یا دیونیزه از فرآیند یون زدایی استفاده می شود در حالی که آب مقطر از فرآیند تقطیر تولید می شود. در هر دو روش برخی از یون های محلول در آب از بین می روند. اما فرمول شیمیایی آب دیونیزه و آب مقطر با یکدیگر متفاوت است. بنابراین تفاوت های آنها به شرح زیر است:
- آب مقطر با استفاده از دستگاه های دوبار تقطیر با تبخیر و چگالش آب تولید می شود.
- آب فوق خالص با عبور آب لوله کشی از رزین های تبادل یونی تولید می شود.
- با دیونیزه کردن آب امکان حذف باکتری ها و ویروس ها و ذرات مولکولی مانند شکر وجود ندارد.
- در حالی که در فرآیند تولید آب مقطر جیوه و ترکیبات آلی فرار حذف نمی شوند و همراه آب تبخیر شده و دوباره چگالش می شوند.
- نوشیدن آب مقطر چندان برای بدن مضر نیست در حالی که نوشیدن زیاد آب فوق خالص به دلیل فقدان مواد معدنی می تواند به مینای دندان و بافت نرم بدن آسیب برساند.
آب دیونیزه بسیار واکنش دهنده است و PH آن برابر ۷ است و کاملا خنثی است. همچنین این آب در هنگام تماس با هوا با در اکسید کربن واکنش می دهد و مقدار PH آن کاهش یافته و برابر ۵.۶ می شود.
