آب دیونیزه چیست و چه کاربردی دارد؟

نوشیدن آب می تواند یک موضوع پیچیده باشد. از فیلتراسیون و تصفیه آن گرفته تا نوع بطری و پارچ مورد استفاده، در روند نوشیدن آب می تواند تاثیر گذار باشد. موضوعی که می تواند این پیچیدگی را افزایش دهد کیفیت های مختلف آب مانند آب مقطر و آب دیونیزه است. توجه به چگونگی کیفیت آب بسیار مهم است زیرا این می تواند تفاوت های قابل توجهی در نحوه استفاده از آب و حتی توصیه برای نوشیدن آن نشان دهد. در این مقاله نگاهی به آب دیونیزه و کاربرد های آن خواهیم داشت. همچنین تفاوت های آن با آب مقطر را نیز بررسی خواهیم کرد و در نهایت به این سوال پاسخ خواهیم داد که آیا نوشیدن آب دیونیزه مجاز است یا خیر!

آب دیونیزه چیست؟

یون ها، اتم ها یا مولکول های بارداری که در آب یافت می شوند دارای بار مثبت یا منفی خالص هستند. در بسیاری از فرآیندهایی که در آن از آب استفاده می شود، این یون ها ناخالصی محسوب می شوند و باید از آب خارج شوند. به آبی که یون های آن خارج و کاملا خالص شده است آب یون زدایی شده یا دیونیزه (deionized water) می گویند.

همانطور که می دانید به یون های با بار مثبت کاتیون و یون های با بار منفی آنیون می گویند. رزین های تعویض یون به منظور تعویض کاتیون ها آنیون های نامطلوب با هیدروژن و هیدروکسیل و در نتیجه آن تشکیل آب خالص استفاده می شوند. از جمله یون هایی که در آب موجود هستند می توان به موارد زیر اشاره کرد:

کاتیون	آنیون
کلسیم (Ca2+)	کلرید (Cl–)
منیزیم (Mg2+)	سولفات (SO4‑2-)
آهن (Fe3+)	نیترات (NO3–)
منگنز (Mn2+)	کربنات (CO32-)
سدیم (Na+)	سیلیکا (SiO2–)
هیدروژن (H+)	هیدروکسیل (OH–)

تعویض یون چگونه انجام می شود؟

از رزین های تعویض یون برای تولید آب دیونیزه یا آب بدون مواد معدنی (DI Water) استفاده می شود. این رزین ها بیدهای پلاستیکی کوچکی هستند که از زنجیره های پلیمری آلی تشکیل شده اند که دارای گروه های عاملی ساخته شده در بید های رزین است. هر گروه عاملی دارای یک بار مثبت یا منفی ثابت است.

رزین های کاتیونی دارای گروه عاملی منفی هستند و بنابراین یون های دارای با رمثبت را جذب می کنند. دو نوع رزین کاتیونی وجود دارد، کاتیون اسیدی ضعیف (WAC) و کاتیون اسیدی قوی (SAC). از رزین کاتیونی با اسید ضعیف  عمدتا در دی آلکیلاسیون و دیگر کاربردهای منحصربفرد استفاده می شود. برای تهیه آب دیونیزه از رزین کاتیونی اسیدی قوی استفاده می شود. بنابراین در این مقاله کاربرد این نوع رزین توضیح داده می شود.

رزین های آنیونی دارای گروه های عاملی با بار مثبت هستند و بنابراین یون های با بار منفی را جذب می کنند. دو نوع آنیون وجود دارد، آنیون باز ضعیف (WBA) و آنیون باز قوی (SBA). هر دو نوع رزین های آنیونی برای تولید آب دیونیزه استفاده می شوند، اما ویژگی های متفاوتی دارند که در ادامه ذکر می شود:

• رزین های WBA یون های سیلیس و دی اکسید کربن را حذف نمی کنند و یا توانایی خنثی سازی اسیدهای ضعیف را ندارند. هنگامی که در سیستم بستر جداگانه دوگانه استفاده می شود، pH پایین تر از خنثی دارد.
• رزین های SBA تمام آنیون هایی که در جدول فوق نامبرده شد و همچنین دی اکسید کربن را حرف می کنند. هنگام استفاده در سیستم بستر جداگانه دوگانه به دلیل رسوب سدیم، pH بالاتر از خنثی دارند.

گاهی نیز از بسترهای مخلوط رزین های SAC و SBA با هم استفاده می شوند.

دیونیزاسیون چگونه انجام می شود؟

یون های مختلف جذب ذرات رزینی با قدرت های متفاوت می شوند. به عنوان مثال، کلسیم بیشتر از سدیم جذب بیدهای رزین کاتیونی می شوند. هیدروژن روی ذرات رزین کاتیونی و هیدروکسیل روی ذرات رزین آنیونی جاذبه قوی با رزین ندارند. این عدم وجود جاذبه قوی کمک می کند تبادل یون بخوبی اتفاق بیفتد. همانطور که کاتیون های دارای بار مثبت بر روی دانه های رزین کاتیونی جریان می یابند، با هیدروژن (H⁺) مبادله می شوند. به همین ترتیب، هنگامی که آنیون های دارای بار منفی بر روی ذرات رزین آنیون جریان می یابند، آنیون ها با هیدروکسیل (OH^–) مبادله می شوند. وقتی هیدروژن (H⁺) و هیدروکسیل (OH^–) را با هم ترکیب می کنید، H₂O خالص را تشکیل می دهید. در نهایت همه مکان های تبادل روی ذرات رزین کاتیونی و آنیونی به پایان رسیده و مخزن دیگر آب دیونیزه تولید نمی کند. در این مرحله، ذرات رزین نیاز به بازسازی دارند تا دوباره برای استفاده آماده شوند.

در راستای تولید آب دیونیزه، رزین کاتیون با اسید کلریدریک (HCl) احیا می شوند. هیدروژن دارای بار مثبت است و بنابراین به آنیون های موجود در رزین کاتیونی متصل می شوند. رزین های آنیونی نیز با هیدروکسید سدیم احیا می شوند. هیدروکسیل دارای بار منفی است و خود را به کاتیون های موجود در رزین های آنیونی متصل می کنند.

بیشتر بخوانید: آشنایی با انواع رزین و کاربردهای رزین

انواع روش های دیونیزاسیون

دیونیزاسیون یک فرآیند شیمیایی است که در آن از رزین های تبادل یون استفاده می شود. یون های هیدروژن و هیدروکسید را با مواد معدنی محلول مبادله می کند و سپس دوباره ترکیب شده و آب تولید می کند. فرآیند دیونیزاسیون می تواند آب بسیار خالص تولید کند، که مشابه آب مقطر است زیرا اکثر ناخالصی های غیر ذره ای آب می توانند در نمک حل شوند. از طرف دیگر، دیونیزاسیون نمی تواند مولکول های آلی بدون بار اضافی و باکتریها و ویروس ها را حذف کند، مگر اینکه از گیر افتادن اتفاقی در رزین استفاده کنید. به این ترتیب، آب دیونیزه هنوز می تواند مشکلات سلامتی را در نهایت ایجاد کند.

اما اگر از رزین های آنیون مخصوص ساخته شده و قوی استفاده می کنید، می تواند حتی باکتری های گرم منفی را از بین ببرد. علاوه بر این، می توان به طور مداوم و ارزان دیونیزاسیون را از طریق الکترو دیونیزاسیون انجام داد. در کل، سه نوع فرآیند دیونیزاسیون وجود دارد: جریان متقابل، جریان همزمان و بستر مختلط.

دیونیزاسیون جریان همزمان

دیونیزاسیون هم جریان مربوط به روند جریان پایین آب است. در این فرآیند، هم مواد شیمیایی بازسازی کننده و هم آب ورودیاز بالای ستون تبادل یونی وارد می شوند و هر دو از قسمت پایینی خارج می شوند. مواد شیمیایی بازسازی کننده به علت برخورد آن با رزین های پایینی در ستون تبادل یون، رقیق می شوند. در این فرآیند کیفیت آب نسبت به روش دیونیزاسیون جربان متقابل پایین تر است و همچنین هزینه بالاتری دارد.

دیونیزاسیون جریان متقابل

این فرآیند دارای دو شکل عمده است. اولین مورد ستون های با جریان بالا است. در این مکان، آب ورودی از پایین و مواد شیمیایی از بالای ستون تبادل یونی وارد می شوند. در روش دوم مواد شیمیایی از پایین و آب از بالای ستون وارد می شود. در این دو روش، جریان های آب ورودی و کیفیت آن، تجزیه و تحلیل آب مورد نظر و زمان کار بین باز آفرینی ها بر این اساس تنظیم شود. در میان سه نوع دیونیزاسیون آب، دیونیزاسیون جریان متقابل جذاب ترین روش برای تبادل یون است. مواد شیمیایی یا احیا کننده ها می توانند در جهت مخالف به سمت جریان خدمات جریان یابند. به این ترتیب ، زمان کمتری در برابر دیونیزاسیون همزمان لازم است.

علاوه بر این، کیفیت آب دیونیزه می تواند به اندازه 0.5 قطعه در میلیون باشد. در واقع، دیونیزاسیون جریان متقابل مزایای مختلفی دارد. برخی از آن ها شامل هزینه های کم تر و استفاده کم از محصولات احیا کننده در کل فرآیند هستند.

بستر مخلوط

در سیستم های بستر دوگانه یا مخلوط، از نسبت 50:50 هر دو نوع رزین کاتیونی و آنیونی استفاده می شود. این مخلوط در یک ستون تبادل یونی متصل می شود. رزین کاتیونی همیشه در ردیف اول قرار می گیرد. با ورود آب به مخزن پر از رزین کاتیونی، تمام کاتیون ها جذب ذرات منفی در رزین کاتیونی می شوند و با هیدروکسیل مبادله می شوند. آنیون های از رزین های کاتیونی عبور می کنند. به عنوان مثال، کلرید کلسیم موجود در آب را بررسی می کنیم. در محلول، یون کلسیم با بار مثبت به رزین کاتیونی متصل می شود و یون هیدروکسیل آزاد می شود. کلرید دارای بار منفی بوده و بنابراین به رزین های کاتیونی متصل نمی شوند. هیدروژن که دارای بار مثبت است، خودرا به یون کلرید متصل می کند و اسید کلریدریک تشکیل می دهد. پساب حاصل از مبدل SAC دارای pH بسیار پایین و رسانایی بسیار بالاتری نسبت به آب تغذیه ورودی خواهد بود.

پساب رزین کاتیونی که حال خاصیت اسیدی دارد، وارد مخزنی پر از رزین های آنیونی می شود. رزین آنیونی آنیون های با بار منفی مانند کلرید را جذب کرده و آن ها را با هیدروژن مبادله می کند. در نتیجه هیدروژن و هیدروکسیل با هم آب را تشکیل می دهند. در واقع، یک سیستم دوگانه به دلیل \نشت سدیم\ H₂O واقعی را تولید نمی کند. اگر سدیم از مخزن تبادل کاتیون عبور کند، با هیدروکسیل ترکیب شده و هیدروکسید سدیم را تشکیل می دهد که رسانایی بالایی دارد. نشت سدیم به این دلیل اتفاق می افتد که سدیم و هیدروژن جذب بالایی در رزین کاتیون دارند و گاهی یون سدیم خود را با یون هیدروژن مبادله نمی کند.

یون ها چگونه اندازه گیری می شوند؟

یون ها الکتریسیته را هدایت می کنند. جریان الکتریکی با استفاده از یون ها از آب عبور می کنند. در نتیجه با اندازه گیری رسانایی الکتریکی آب می توان فهمید که آب چه محتوای یونی ای دارد. هر چه مقدار یون های موجود در آب کمتر باشد، عبور برق دشوارتر است. بنابراین آب با مقدار رسانایی کمتر نسبت به آب با مقدار رسانایی بیشتر دیونیزه تلقی می شود.

فرق آب مقطر با آب دیونیزه

آب مقطر و آب دیونیزه اغلب امروزه با یکدیگر یکسان در نظر گرفته می شوند، اما این دو نوع آب متفاوت هستند. تقطیر یکی از قدیمی ترین اشکال تصفیه آب است و هنوز از آن استفاده می شود. محصول آب مقطر خالص و بدون آلودگی است. اما آب دیونیزه خالص تر از آب مقطر است.

• تقطیر و دیونیزاسیون دو روش متفاوت برای تصفیه آب هستند که روش دوم بسیار ارزان تر است.
• در تقطیر آلودگی ها و ناخالصی ها از آب جدا می شود اما در دیونیزاسیون یون های موجود در آب و همچنین ترکیبات آلی جدا می شوند.
• برای استفاده در آزمایشگاه ها و صنایع داروسازی معمولا از آب های فوق خالص استفاده می شود.

انواع دستگاه آب دیونیزه 

انواع مختلفی از دستگاه های دیونایزر برای اهداف و صنایع مختلف وجود دارد. اما در کل چهار نوع دیونایزر اساسی وجود دارد:

1. کارتریج یکبار مصرف
2. مخازن مبادله قابل حمل
3. واحدهای خودکار
4. واحدهای پیوسته

کاربرد آب دیونیزه

از آب دیونیزه می توان در کارهای میکروالکترونیک و داروسازی به منظور حل داروهای جامد در پزشکی برای کارهای عمومی استفاده کرد. همچنین از این آب به عنوان یکی از اساسی ترین مواد اولیه در تولید محصولات مراقبتی و آرایشی نام برده می شود. همچنین آب دیونیزه یک حلال خوب در تولید سرامیک، شیشه، چوب و… می باشد. از دیگر کاربردهای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تهیه مخلوط مواد شیمیایی و محلول ها در آزمایشگاه.
• تهیه الکترولیت ها برای باتری های آلکالین و باتری های اسید- باز.
• رقیق کردن مواد شیمیایی غلیظ در ضد یخ.
• شستشوی نهایی تابلوهای مدار چاپی، شستشوی تجهیزات از قلیاها و اسیدها پس از پردازش عملیات تکنولوژیکی در صنعت الکترونیک.
• پر کردن سیستم خنک کننده. آب دیونیزه رسوب نمک در سیستم ایجاد نمی کند.
• خارج کردن سیستم های خنک کننده از خودروها
• می توان از آن در عطرها استفاده کرد.
• می توان از آن به عنوان شوینده استفاده کرد.
• پر کردن دستگاه های خانگی بخار و آهن با آب دیونیزه می تواند به جلوگیری از رسوب مواد معدنی کمک کند.
• بسیاری از فرآیندهای صنعتی نیاز به استفاده از آب خالص دارند.
• امروزه استفاده از آب دیونیزه به عنوان پاک کننده یک تکنیک جدید است. در این روش از هیچ ماده شیمیایی استفاده نمی شود و به این ترتیب، پاک کننده ایمن تر و سبز تری تولید می شود.

مزایای استفاده از آب دیونیزه

آب دیونیزه در بسیاری از محیط های کارخانه و تولید، آب انتخابی است زیرا تولید کنندگان می خواهند از تجمع نمک در ماشین آلات جلوگیری کنند. آب دیونیزه ممکن است برای خنک کردن، روانکاری ماشین آلات و سایر کاربردها در یک محیط صنعتی استفاده شود. آب دیونیزه می تواند برای تولید لوازم آرایشی، داروها و همچنین فرآوری غذاها استفاده شود. همچنین می توان از آب دیونیزه برای لنز به منظور پاکسازی و تمیز نگه داشتن آن استفاده کرد. در همین حال، برخی از کارشناسان بهداشتی آب دیونیزه را برای استفاده کوتاه مدت فقط برای سم زدایی بدن توصیه می کنند. با این حال، اگر سم زدایی را از این طریق انتخاب می کنید، باید از مشاوره یک متخصص بهداشت استفاده کنید. به گفته سازمان بهداشت جهانی، آنها می توانند پیشرفت شما را زیر نظر داشته باشند تا مطمئن شوند که در مصرف آن زیاده روی نکنید.

معایب استفاده از آب دیونیزه

آب دیونیزه می تواند برای سلامتی شما مضر باشد. در حالی که نگرانی های جدی در مورد اینکه چگونه آب دیونیزه می تواند بر سلامتی فرد تأثیر بگذارد وجود دارد، بهتر است از آن فقط برای مقاصد صنعتی استفاده شود. در اینجا برخی از خطرات آن را بیان می کنیم:

جذب یون ها در بدن

از آنجاییکه این آب در ابتدا فاقد یون است، وقتی آن را بنوشید، می تواند یون های بدن شما را جذب کند. این می تواند مواد معدنی موجود در بافت های شما مانند منیزیم و کلسیم را که به راحتی جذب آب دیونیزه می شوند، از بدنتان حذف کند. اگرچه آب منبع مهم منیزیم و کلسیم نیست، اما می تواند به نیازهای روزانه مردم کمک کند. بنابراین، شما با نوشیدن آب دیونیزه مصرف مواد مغذی ضروری را محدود می کنید.

آب دیونیزه مزه بدی دارد ؟ 

آب دیونیزه عاری از یون و مواد معدنی است. به همین دلیل ممکن است طعم بدی داشته باشد. جوانه های چشایی شما ممکن است به مرور زمان با طعم آنها سازگار شود. همچنین، آب دیونیزه برخلاف انواع دیگر آب، نوشیدنی مناسبی برای رفع تشنگی نیست.

خطر فلزات سمی

اگر آب دیونیزه خود را از شیر بگیرید ، ممکن است در معرض آلودگی فلزات سمی باشید. آب دیونیزه شده در مقایسه با آب معدنی مستعد جذب فلزات موجود در ظرف است، زیرا پایداری کمتری از آب دارد. آب معمولی حاوی منیزیم و کلسیم است که به جلوگیری از مواد سمی در آب آشامیدنی کمک می کند و این را نمی توان در آب دیونیزه یافت. کلسیم و منیزیم آب را تثبیت کرده و به عنوان یک ماده ضد سمی روی آن عمل می کند.

جمع بندی

به طور خلاصه، اگرچه می توانید آب دیونیزه بنوشید، اما همیشه به یاد داشته باشید که طبق نظر گروه فیزیک ایلینوی، همه آنها برای مصرف عموم مناسب نیستند. این به این دلیل است که آب دیونیزه شده در آزمایشگاه و شرکت های بزرگ تولید کننده حاوی رزین های تخصصی است که یون ها را حذف می کند. به این ترتیب، این رزین ها می توانند اثرات مضر بر بدن شما داشته باشند.

با این حال، اگر آب دارای برچسب نوشیدن آن بی خطر است، باشد می توانید آن را استفاده کنید. در غیر این صورت، محصولاتی را که 100٪ از ایمنی آنها مطمئن نیستید، مصرف نکنید. همچنین، از رژیم غذایی متعادل استفاده کنید تا یون های از دست رفته در تصفیه آب با غذایی که می خورید جایگزین شود.

آبی که می نوشید ضد عفونی و فیلتر می شود تا نوشیدن آن ایمن شود. و هنوز حاوی مواد معدنی است. دیونیزاسیون آب این مواد معدنی را خارج می کند تا آب خالص بیشتری ایجاد شود. در حالی که از آب دیونیزه استفاده می شود، حذف مواد معدنی همیشه گزینه مناسبی نیست. بنابراین اگر قصد دارید یک فیلتر آب نصب کنید که بتواند آب را دیونیزه کند، ابتدا با یک متخصص صحبت کرده و با مزایا و معایب این نوع آب آشنا شوید.

بیشتر بخوانید: آنتی اسکالانت چیست؟ کاربرد آنتی اسکالانت در رسوب زدایی