İyon Değiştiriciler

1.1. Tarihçe

Doğadaki sürekli değişimin önemli nedenlerinden biri iyon
değişimidir.toprak, kum ve kayalar gibi cansız varlıklarda ve canlı
organizmalardaki yaşamsal fonksiyonlarda iyon değişimine ait bir çok
örnek mevcuttur.

Bir çok organik inorganik madde iyon değiştirici olarak
kullanılmaktadır.Örneğin; protein, selüloz, karbon, basit balçık ve
birçok mineral gibi doğal ürünler ile çevrelenmiş bir ortamdaki diğer
iyonları değiştiren taşınabilir iyon içerirler. Bu doğal maddeler düşük
bir değiştirme kapasitesine sahiptir.Bu özelliklerde pek tercih
edilmeyen fiziksel ve kimyasal özelliklerdir ki iyon değiştirici
maddelerin pratik kullanımı sınırlandırırlar.sonuç olarak,1935 yılından
önce iyon değiştirme tekniğine laboatuvarlarda ne de endüstiriyel
alanlarda geniş bir birim düzeni kullanılmıyordu.

1850’de Thompson ve Way işlenmiş toprakta amonyum gibi çeşitli
iyonların,kalsiyum ve magnezyum iyonlarıyla yerdeğiştirebildikleri
şeklindeki gözlemlerini yayınladılar.Thompson’unçalışmasından
yararlanarak Spence bir cam kolonda amonyum sülfatla işleme tabi
tutulmuş kumlu kil yatak hazırlayıp yataktan suyu geçirdiği
zaman,yatakta amonyum sülfat yerine alçı bulunduğunu
görmüştür.laboratuvarda gerçekleşen bu ilk iyon değişimi Henneberg ve
Stohmann kimyasal süreç olarak yorumlamış ve bu süreçlerin tersinin
olduğunu öne sürmüşlerdir.bu olayları killer ve zeolitlerde de meydana
geldiğini önce Lenberg daha sonra ise Wiegner göstermiştir.

Bu keşifler,suyun sertliğinin giderilmesi ve diğer amaçlara hizmet
edebilen malzemelerin kullanımı ve bu özelliklerin gösteren ürünlerin
sentezlenmesi çabalarına ışık tutmuştur.ilk sentetik iyon değiştiriciler
1903’te Harm ve Rümpler ile 1905’te Gans tarafından
hazırlanmıştır.böylece örneğin deniz suyundan altın tuulması gibi
uygulamalar gerçekleşebilecekti.

Modern iyon değiştirici teknolojisi 1935 yılında Adams ve Holmes’in
şimdiki klasik araştırmalarıyla başladı.adam ve holmes genel olarak
reçine diy bilinen iyonları değiştirme özeliğine sahip olan sentetik
polimerleri keşfeden kişilerdir.bu keşfin patenti I.G. Farbenindüstrie
şirketi tarafından 1936’da alınarak istenen özllikte iyon değiştirici
reçinelerin sistematik üretimine başlanmıştır. Polycondensation
yöntemiyle elde edilen ilk iyon değiştiricileri yerini 1945’ten sonra
d’Alelionun sülfonik asit gruplarının çapraz bağlanmış polistiren
reçineye girdirilmesinde, izlediği yöntem kullanılarak elde edilen
polimerizasyon ürünleri alınmıştır. 1945’lerden günümüze değin, iyon
değiştiricilerle ilgili araştırmalar, çevresel sorunların önem
kazanmasıyla, giderek artan ilgiyle sürmektedir.



1.2. İyon Değiştirici Reçineler

İyon değiştiriciler , degişebilir katyon ve anyonları taşıyan, çözünür
olmayan katı maddelerdir. Bu sentetik reçineler, yapı olarak iki
kısımdan oluşur. İyon değiştirici maddelerin yapısını üç boyutlu
hidrokarbon ağı ya da (matrix) elastik oluşturur. Diğer kısmını ise
hidrokarbona kimyasal bağlarla bağlanmış asidik ya da bazik,
iyonlaşabilen gruplar oluşturur. Organik ağ sabittir ve genel olarak
laboratuvarda kullanılan çözücülerde çözünmezler. Ayrıca tüm pratik
amaçlar için kimyasal inerttir. Fakat matrixe bağlı iyonlaşabilen ya da
tepkimye girebilen aktif iyonlara sahiptir. Bu nedenle eğer bir
değiştirici parçası, iyon içeren sulu eriyik ile temasa sokulursa,
sonuncusu kolayca reçine ya da baştan bağlı olan iyonlarla
değiştirilebilir.

Bir iyon değiştirici reçinenin kimyasal tepkileri , hidrokarbon
iskeletine bağlı olan fonksiyonel grupların dağasıyla belirlenir. Belli
başlı iki iyon değştirici grup vardır. Bunlar fonksiyonrl grupları sulu
ortamların katyonlarıyla reaksiyona girebilen katyon değiştiriciler ve
fonkiyonel grupları sulu ortamların anyonlarıyla reaksiyona girebilen
anyon değiştiricilerdir. Bazı maddeler de hem anyon hem katyon değişimi
yeteneğine sahip olup amfotrik iyon değiştiriciler adını alır.

Tipik bir katyon değiştirici reçinesi olan, sitirendivinil benzen
polimeri stiren (1) ve divinil benzenin (2) kopolimerizasyonuyla
hazırlanır. Polimeri kopolimerizasyon tepkimesi sırasında polistirenin
çapraz bağlarıyla belli aralıklarla dönüşümlü olarak kovalent bağla
bağlanırlar. Sonuçta, üç boyutlu, çözünmeyen bir hidrokarbon ağı oluşur.
Eğer daha sonra sülfirik asit, polimerle birlikte reaksiyona sokulursa,
sülfirik asit grupları (-SO3-H+), stiren divinil benzen polimerinin,
benzen zincir çemberlerine girerler ve son madde olarak yapısı şekil
1.1’de gösterilen katyon iyon değiştirici reçine meydana gelir