راتنج التبادل الأيوني

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
خرز راتنج التبادل الأيوني

راتنج التبادل الأيوني أو بوليمر التبادل الأيوني هو راتنج أو بوليمر يعمل كوسيط للتبادل الأيوني ، ويُعرف أيضًا باسم "أيونكس" . [ 1 ] وهو عبارة عن مادة غير قابلة للذوبان (أو بنية داعمة) عادةً ما تكون على شكل حبيبات دقيقة  صغيرة ( نصف قطرها 0.25-1.43 مم) ، بيضاء أو صفراء اللون في الغالب، مصنوعة من ركيزة بوليمرية عضوية . تتميز هذه الحبيبات بمساميتها (مع توزيع حجمي محدد يؤثر على خصائصها)، مما يوفر مساحة سطحية كبيرة على سطحها وداخلها حيث يحدث احتجاز الأيونات مصحوبًا بإطلاق أيونات أخرى، ومن هنا تأتي تسمية هذه العملية بالتبادل الأيوني. توجد أنواع متعددة من راتنجات التبادل الأيوني، تختلف في تركيبها باختلاف نوع الأيون المستهدف، سواء كان أنيونًا أو كاتيونًا، ويتم تصنيعها بناءً على المهمة المطلوبة. تُصنع معظم الراتنجات التجارية من بوليسترين سلفونات [ 2 ] ، يليه بولي أكريلات . [ 3 ]

خرز راتنج التبادل الأيوني

تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني على نطاق واسع في عمليات الفصل والتنقية وإزالة التلوث المختلفة. ومن أبرز الأمثلة على ذلك تليين المياه وتنقية المياه . وفي كثير من الحالات، تم إدخال راتنجات التبادل الأيوني في هذه العمليات كبديل أكثر مرونة لاستخدام الزيوليت الطبيعي أو الاصطناعي .

أنواع الراتنجات

تعتمد معظم راتنجات التبادل الأيوني التقليدية على البوليسترين المتشابك . وتُضاف مواقع التبادل الأيوني الفعلية بعد عملية البلمرة. بالإضافة إلى ذلك، في حالة البوليسترين، يُضاف التشابك عن طريق البلمرة المشتركة للستايرين مع نسبة قليلة من ثنائي فينيل البنزين . يُقلل التشابك من سعة التبادل الأيوني للراتنج ويُطيل الوقت اللازم لإتمام عمليات التبادل الأيوني، ولكنه يُحسّن من متانة الراتنج. كما يؤثر حجم الجسيمات على خصائص الراتنج؛ فالجسيمات الأصغر حجمًا لها مساحة سطح خارجية أكبر، ولكنها تُسبب فقدانًا أكبر للضغط في عمليات العمود. [ 4 ]

إلى جانب تصنيعها على شكل حبيبات، تُنتج راتنجات التبادل الأيوني أيضاً على شكل أغشية. وتُستخدم هذه الأغشية ، المصنوعة من راتنجات تبادل أيوني عالية الترابط تسمح بمرور الأيونات دون الماء، في عملية التحليل الكهربائي .

تختلف الأنواع الأربعة الرئيسية من راتنجات التبادل الأيوني في مجموعاتها الوظيفية :

  • الكاتيون الحمضي القوي (SAC)، الذي يتميز عادةً بمجموعات حمض السلفونيك ، مثل سلفونات بوليسترين الصوديوم أو بوليAMPS ، والذي يستخدم غالبًا في عمليات تليين المياه وإزالة المعادن.
  • الأنيون القاعدي القوي (SBA)، الذي يتميز عادةً بمجموعات أمينية رباعية ، على سبيل المثال، مجموعات ثلاثي ميثيل الأمونيوم ، مثل بولي APTAC )، وهو جيد لإزالة السيليكا واليورانيوم والنترات.
  • كاتيون حمضي ضعيف (WAC)، يتميز عادةً بمجموعات حمض الكربوكسيل . يُعد خيارًا مثاليًا لعملية إزالة القلوية، وكذلك لتليين المياه ذات مستويات الملوحة العالية.
  • الأنيونات القاعدية الضعيفة (WBA)، والتي تحتوي عادةً على مجموعات أمينية أولية وثانوية و/أو ثالثية ، مثل بولي إيثيلين أمين . وهي فعالة في إزالة المعادن حيث لا تكون إزالة ثاني أكسيد السيليكون وثاني أكسيد الكربون مطلوبة. كما أنها فعالة في امتصاص الأحماض .

كما تُعرف راتنجات التبادل الأيوني المتخصصة مثل راتنجات التخليب ( حمض الإيمينوداياسيتيك ، والراتنجات القائمة على الثيوريا ، وغيرها الكثير).

تُعدّ راتنجات الأنيونات وراتنجات الكاتيونات النوعين الأكثر شيوعًا في عملية التبادل الأيوني. فبينما تجذب راتنجات الأنيونات الأيونات سالبة الشحنة، تجذب راتنجات الكاتيونات الأيونات موجبة الشحنة.

راتنجات التبادل الأنيوني

الصيغة: R-OH أساسي

قد تكون راتنجات الأنيونات قاعدية قوية أو ضعيفة. تحافظ راتنجات الأنيونات القاعدية القوية على شحنتها السالبة عبر نطاق واسع من الرقم الهيدروجيني، بينما تتعادل راتنجات الأنيونات القاعدية الضعيفة عند مستويات الرقم الهيدروجيني المرتفعة. [ 5 ] لا تحافظ الراتنجات القاعدية الضعيفة على شحنتها عند الرقم الهيدروجيني المرتفع لأنها تخضع لفقدان البروتون. [ 5 ] ومع ذلك، فهي تتميز بثبات ميكانيكي وكيميائي ممتاز. هذا، بالإضافة إلى معدل التبادل الأيوني العالي، يجعل راتنجات الأنيونات القاعدية الضعيفة مناسبة تمامًا للأملاح العضوية.

بالنسبة للراتنجات الأنيونية، تتضمن عملية التجديد عادةً معالجة الراتنج بمحلول قاعدي قوي، مثل محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي.  يجب ضبط تركيز المُجدِّد (1-4% هيدروكسيد الصوديوم) ومدة التلامس بدقة لتجنب الإجهاد الأسموزي المفرط على مصفوفة البوليمر. يمكن تجديد هذه الراتنجات الأنيونية عن طريق غسلها بمحلول قلوي (عادةً 1-4  % هيدروكسيد الصوديوم كما ذُكر سابقًا). خلال عملية التجديد، يمر المُجدِّد الكيميائي عبر الراتنج، وتُطرد الأيونات السالبة المحتجزة، مما يُجدد قدرة التبادل الأيوني للراتنج.

راتنج التبادل الكاتيوني

الصيغة: R−H حمضي

تعمل طريقة التبادل الكاتيوني على إزالة عسر الماء ولكنها تسبب حموضة فيه، والتي تتم إزالتها بشكل أكبر في المرحلة التالية من معالجة المياه عن طريق تمرير هذا الماء الحمضي من خلال عملية التبادل الأنيوني . [ 6 ]

رد فعل:

R−H + M + = R−M + H + .

على غرار راتنجات الأنيونات، تتضمن عملية التجديد في راتنجات الكاتيونات استخدام محلول حمضي قوي، مثل حمض الهيدروكلوريك المائي. أثناء التجديد، يمر المحلول الكيميائي المُجدد عبر الراتنج ويطرد الأيونات الموجبة المحتجزة، مما يُعيد تنشيط قدرة التبادل الأيوني للراتنج.

راتنج التبادل الأنيوني

الصيغة: –NR 4 + OH −

غالباً ما تكون هذه راتنجات كوبوليمر الستايرين - ثنائي فينيل بنزين التي تحتوي على كاتيونات الأمونيوم الرباعية كجزء لا يتجزأ من مصفوفة الراتنج. [ 6 ]

رد فعل:

–NR 4 + OH − + HCl = –NR 4 + Cl − + H 2 O.

تستخدم كروماتوغرافيا التبادل الأنيوني هذا المبدأ لاستخلاص وتنقية المواد من المخاليط أو المحاليل .

صفات

غالباً ما يتم وصف راتنجات التبادل الأيوني وفقاً لبعض الخصائص التالية. [ 7 ]

  • السعة : تمثل كمية الأيونات التي يمكن تبادلها/تخزينها لكل وحدة كتلة من الراتنج. وعادةً ما يتم التعبير عنها بوحدة ملليغرام من الأيونات لكل غرام من الراتنج (ملغم/غ).
  • الانتفاخ : عند ملامسة الراتنجات للمذيبات، فإنها تنتفخ (يزداد حجمها). ويتأثر سلوك انتفاخ الراتنج بتركيبه الكيميائي، وبنيته البوليمرية، ودرجة تشابكه. تميل الراتنجات ذات درجة التشابك العالية إلى إظهار ميل أقل للانتفاخ مقارنةً بتلك ذات درجة التشابك المنخفضة. يُعبر عن الانتفاخ عادةً كنسبة مئوية للزيادة في حجم أو وزن الراتنج عند تعرضه لمذيب معين.
  • الانتقائية : تشير إلى ميل الراتنج أو قدرته على امتصاص أو تبادل أيونات معينة بشكل انتقائي دون غيرها. وهي خاصية أساسية تحدد فعالية الراتنج في فصل أو إزالة أيونات محددة من المحلول.
  • الاستقرار : يمكن وصف سلامة الراتنج من حيث المرونة الميكانيكية والكيميائية للخرز.

العوامل المؤثرة على كفاءة راتنج التبادل الأيوني

تتأثر كفاءة راتنجات التبادل الأيوني بمجموعة من العوامل الفيزيائية والكيميائية والتشغيلية. وتحدد هذه المتغيرات مدى فعالية الراتنج في تبادل الأيونات، والحفاظ على انتقائيته، والحفاظ على سلامته الهيكلية بمرور الوقت.

تُعدّ الخصائص البنيوية للراتنج أساسية لأدائه. وتتحكم سمات مثل حجم الجسيمات، والمسامية الداخلية، ودرجة التشابك في إمكانية الوصول إلى مواقع التبادل. تميل الجسيمات الأصغر إلى توفير تبادل أيوني أسرع نظرًا لمساحة سطحها الأكبر، على الرغم من أنها قد تؤدي أيضًا إلى زيادة مقاومة التدفق في أنظمة الطبقة المعبأة.

تُعدّ درجة الحرارة عاملاً رئيسياً آخر. عموماً، تُسرّع درجات الحرارة المرتفعة حركة الأيونات وتُحسّن حركية التبادل. مع ذلك، قد يؤدي التعرّض المطوّل لدرجات حرارة مرتفعة إلى تدهور بنية البوليمر أو المجموعات الوظيفية للراتنج، لا سيما في الراتنجات الحمضية أو القاعدية الضعيفة. لكن توجد راتنجات مُصممة لتحمّل درجات حرارة أعلى (تصل إلى 120  درجة مئوية) تستخدم هياكل بوليمرية مُدعّمة لتحمّل الإجهاد الحراري على النظام.

يؤثر الرقم الهيدروجيني للمحلول بشكل مباشر على حالة تأين كل من الراتنج والمواد المذابة. فبينما تحافظ الراتنجات الحمضية والقاعدية القوية على وظائفها ضمن نطاق واسع من الرقم الهيدروجيني، قد تفقد الراتنجات الضعيفة كفاءتها خارج نطاق الرقم الهيدروجيني الأمثل. كما يؤثر الرقم الهيدروجيني على أنواع بعض الأيونات، مما يؤثر على انجذابها للراتنج.

يُحدد التركيز الأيوني القوة الدافعة لتبادل الأيونات. قد تؤدي التركيزات العالية إلى زيادة معدلات التبادل، ولكنها قد تؤدي أيضًا إلى تشبع أسرع للراتنج وانخفاض الانتقائية، خاصةً في وجود أيونات منافسة. تُظهر الأيونات ثنائية وثلاثية التكافؤ عمومًا ارتباطًا أقوى بالراتنج مقارنةً بالأيونات أحادية التكافؤ.

يُعدّ معدل التدفق وزمن التلامس عاملين حاسمين في الأنظمة المستمرة. فإذا مرّ السائل عبر الراتنج بسرعة كبيرة، قد لا يتوفر للأيونات الوقت الكافي للانتشار داخل بنية الراتنج، مما يؤدي إلى تبادل غير كامل. ويضمن تحسين ظروف التدفق استخدامًا أكثر كفاءة للراتنج.

يُعدّ التلوث والانسداد من التحديات الشائعة في التشغيل طويل الأمد. إذ يمكن للمواد العضوية، وأكاسيد المعادن، ونمو الميكروبات، أو المواد الصلبة العالقة أن تعيق مصفوفة الراتنج وتقلل من توافر مواقع التبادل. وتساعد التدابير الوقائية، مثل الترشيح المسبق والتنظيف المنتظم وتجديد الراتنج، في الحفاظ على الأداء وإطالة عمر الخدمة.

تُستنفد قدرة الراتنج المُستخدم بكفاءة عالية مع مرور الوقت، وتستمر عملية التجديد حتى بعد انتهاء عمره الافتراضي. يُعيد التنشيط الحراري (بالبخار أو المحلول القلوي الساخن عند درجة حرارة 120-150 درجة مئوية )  والتجديد الكيميائي (بالغسل بالأحماض والقواعد) استعادة القدرة، ولكن كل دورة تُؤدي  إلى تآكل ما يقارب 0.5-2% من مواقع التبادل، مما يستدعي استبدال الراتنج مع مرور الوقت. لذا، يُعدّ تتبع عدد دورات التجديد وفقدان القدرة في كل دورة أمرًا بالغ الأهمية، إذ يُتيح للمشغلين معرفة ضرورة استبدال الراتنج بشكل دوري قبل حدوث تسرب للملوثات.

المسام

تُعدّ مسامات جزيئات الراتنج من أهم العوامل المؤثرة في كفاءة المنتج. وتؤدي هذه المسامات وظائف مختلفة تبعًا لأحجامها، وهي السمة الرئيسية المسؤولة عن انتقال الكتلة بين الأطوار، مما يُتيح عملية التبادل الأيوني بأكملها. وهناك ثلاثة أنواع رئيسية من أحجام المسامات: [ 7 ]

  • المسام الدقيقة : تتميز هذه المسام بعرض شق أقل من 2 نانومتر، وتوجد عادةً في نهايات المسام الأكبر، وتتمثل سمتها الرئيسية في وجود جهد جداري متراكب. وهذا يعني أن الجسيمات الموجودة داخلها تنجذب نحو جدرانها الصلبة، مما يؤدي إلى تلامسها مع المواقع النشطة.
  • المسام المتوسطة : يبلغ عرض الشق فيها ما بين 2 و 50 نانومتر، وتتمثل مهمتها الرئيسية في منع التكثيف الشعري ، وعادة ما توجد قبل المسام الدقيقة.
  • المسام الكبيرة : تتميز هذه المسام بعرض شق أكبر من 50 نانومتر، وهي أكبر المسام حجماً، وتتمثل وظيفتها الرئيسية في كونها المسار الرئيسي لدخول الجزيئات إلى الجسيم، ثم إعادة توزيعها لاحقاً عبر القنوات الأصغر الأخرى.

الاستخدامات

تليين المياه

في هذا التطبيق، تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني لاستبدال أيونات المغنيسيوم والكالسيوم الموجودة في الماء العسر بأيونات الصوديوم . عندما يكون الراتنج جديدًا، فإنه يحتوي على أيونات الصوديوم في مواقعه النشطة. عند ملامسته لمحلول يحتوي على أيونات المغنيسيوم والكالسيوم (ولكن بتركيز منخفض من أيونات الصوديوم)، تهاجر أيونات المغنيسيوم والكالسيوم بشكل تفضيلي من المحلول إلى المواقع النشطة على الراتنج، ليتم استبدالها في المحلول بأيونات الصوديوم. تصل هذه العملية إلى حالة التوازن عند تركيز أقل بكثير من أيونات المغنيسيوم والكالسيوم في المحلول مقارنةً بالتركيز الأولي.

صورة مثالية لعملية تليين المياه، والتي تتضمن استبدال أيونات الكالسيوم في الماء بأيونات الصوديوم التي يمنحها راتنج التبادل الكاتيوني

يمكن إعادة شحن الراتنج بغسله بمحلول يحتوي على تركيز عالٍ من أيونات الصوديوم (مثل محلول ملحي عالي التركيز من كلوريد الصوديوم). ثم تنتقل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم من الراتنج، الذي يتم استبداله باستمرار بأيونات الصوديوم من المحلول حتى الوصول إلى حالة توازن جديدة. يُستخدم الملح لإعادة شحن راتنج التبادل الأيوني، الذي يُستخدم بدوره لتليين الماء.

تنقية المياه

رسم بياني يقارن بين عملية تليين المياه وإزالة الأيونات.

في هذا التطبيق، تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني لإزالة أيونات المعادن السامة (مثل النحاس ) والخطرة (مثل الرصاص أو الكادميوم ) من المحلول، واستبدالها بأيونات أكثر ضررًا، مثل الصوديوم والبوتاسيوم ، وفي هذه العملية تُستخدم راتنجات التبادل الكاتيوني والأنيوني لإزالة الأيونات المذابة من الماء.

قلة من راتنجات التبادل الأيوني تزيل الكلور أو الملوثات العضوية من الماء  ، ويتم ذلك عادةً باستخدام مرشح من الفحم النشط ممزوج بالراتنج. توجد بعض راتنجات التبادل الأيوني التي تزيل الأيونات العضوية، مثل راتنجات التبادل الأيوني المغناطيسي (MIEX). لا يُعاد شحن راتنج تنقية المياه المنزلية عادةً  ، بل يُتخلص منه عند انتهاء صلاحيته. وقد تصل تكلفة وحدات التبادل الأيوني هذه، المصممة لمعالجة 10 مل/يوم لكل حبة، إلى ما يزيد عن 1.5 إلى 2.5 مليون دولار أمريكي عند استخدامها في معالجة المياه الصناعية.

يُعدّ الماء عالي النقاء ضروريًا للعديد من الاستخدامات، بدءًا من الإلكترونيات والتجارب العلمية، وصولًا إلى إنتاج الموصلات الفائقة، وفي الصناعة النووية، وغيرها. ويُنتج هذا الماء باستخدام عمليات التبادل الأيوني أو مزيج من طرق الأغشية والتبادل الأيوني. وقد تكون هذه الطريقة مكلفة، إذ تتراوح تكلفة معالجة النفايات الثانوية في المتوسط ​​بين 0.10 و0.20 دولار أمريكي للمتر المكعب.

التبادل الأيوني في فصل المعادن

برميل من الكعكة الصفراء

تُستخدم عمليات التبادل الأيوني لفصل المعادن وتنقيتها ، بما في ذلك فصل اليورانيوم عن البلوتونيوم والأكتينيدات الأخرى، كالثوريوم؛ وفصل اللانثانوم والنيوديميوم والإيتربيوم والساماريوم واللوتيتيوم عن بعضها البعض وعن اللانثانيدات الأخرى . توجد سلسلتان من المعادن الأرضية النادرة : اللانثانيدات والأكتينيدات . تتشابه خصائص كل عائلة كيميائيًا وفيزيائيًا إلى حد كبير. لسنوات عديدة، كان التبادل الأيوني الطريقة العملية الوحيدة لفصل المعادن الأرضية النادرة بكميات كبيرة. طُوّر هذا التطبيق في أربعينيات القرن العشرين على يد فرانك سبيدينغ . لاحقًا، حلّت عملية الاستخلاص بالمذيبات محل استخدام راتنجات التبادل الأيوني في معظم الحالات، باستثناء المنتجات ذات أعلى درجات النقاء.

تُعدّ عملية PUREX ( عملية استخلاص البلوتونيوم واليورانيوم ) مثالاً بالغ الأهمية ، حيث تُستخدم لفصل البلوتونيوم واليورانيوم من مخلفات الوقود المستهلك في المفاعلات النووية ، وللتخلص من هذه المخلفات. بعد ذلك، يصبح البلوتونيوم واليورانيوم متاحين لصنع مواد الطاقة النووية، مثل وقود المفاعلات الجديد والأسلحة النووية .

تُعدّ حبيبات التبادل الأيوني عنصرًا أساسيًا في تعدين اليورانيوم بالترشيح الموضعي . تتضمن هذه العملية استخلاص المياه الحاملة لليورانيوم (بتركيز منخفض يصل إلى 0.05% من أكسيد اليورانيوم U3O8 ) عبر الآبار . ثم يُرشّح محلول اليورانيوم المستخلص عبر حبيبات الراتنج. ومن خلال عملية التبادل الأيوني، تجذب حبيبات الراتنج اليورانيوم من المحلول. بعد ذلك، تُنقل حبيبات الراتنج المحملة باليورانيوم إلى محطة معالجة، حيث يُفصل أكسيد اليورانيوم U3O8 عن حبيبات الراتنج، ويُنتج ما يُعرف بالكعكة الصفراء . ويمكن إعادة حبيبات الراتنج إلى وحدة التبادل الأيوني لإعادة استخدامها.

تُستخدم عملية التبادل الأيوني أيضًا لفصل مجموعات أخرى من العناصر الكيميائية المتشابهة جدًا، مثل الزركونيوم والهافنيوم ، وهو عنصر بالغ الأهمية في الصناعة النووية. فالزركونيوم شفاف عمليًا للنيوترونات الحرة، ويُستخدم في بناء المفاعلات، بينما يُعد الهافنيوم مادة ماصة قوية جدًا للنيوترونات، ويُستخدم في قضبان التحكم في المفاعلات .

التحفيز

تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني في التخليق العضوي ، على سبيل المثال في تفاعلات الأسترة والتحلل المائي . ونظرًا لمساحة سطحها العالية وعدم ذوبانها، فهي مناسبة لتفاعلات الطور البخاري والطور السائل. ومن الأمثلة على ذلك تفاعلات الطور الغازي حيث يكون أيون الهيدروكسيد ( OH⁻ ) قاعديًا.تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني (بصيغة -) لمعادلة أملاح الأمونيوم [ 8 ] وتحويل هاليدات الأمونيوم الرباعية إلى هيدروكسيدات. [ 9 ] تُمكّن مفاعلات الطبقة المعبأة ذات التغذية المستمرة من تحقيق معدلات دوران عالية وإمكانية التوسع في عمليات التخليق الصناعي، ولكنها قد تكون مكلفة بسبب تكاليف تجديد المحفز. علاوة على ذلك، فإن الوسط الحمضي ( H +)استُخدمت راتنجات التبادل الأيوني (من النوع -form) كعوامل حفازة حمضية صلبة لكسر مجموعات حماية الإيثر. [ 10 ] ولتفاعلات إعادة الترتيب. [ 11 ]

تنقية العصير

تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني في صناعة عصائر الفاكهة، مثل عصير البرتقال والتوت البري ، حيث تعمل على إزالة المكونات ذات المذاق المر وتحسين النكهة. كما تُقلل هذه العملية من العكارة والنكهات غير المرغوبة ، وتُطيل مدة صلاحية المنتجات التجارية. وهذا يسمح باستخدام مصادر فاكهة لاذعة أو ذات مذاق أقل جودة لإنتاج عصير مقبول لدى المستهلكين.

صناعة السكر

تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني في صناعة السكر من مصادر متنوعة. وتُستخدم هذه الراتنجات للمساعدة في تحويل نوع من السكر إلى نوع آخر (على سبيل المثال، تُحوّل راتنجات تحويل الجلوكوز الجلوكوز إلى فركتوز في ظروف معتدلة، مما يُتيح إنتاج شراب عالي الفركتوز)، ولإزالة لون شراب السكر وتنقيته. ويعود ذلك إلى راتنجات الكاتيونات الحمضية القوية التي تتبادل الشوائب المعدنية والملونة، مما يُنتج شراب السكر الصافي فاتح اللون المطلوب.

المستحضرات الصيدلانية

تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني في صناعة الأدوية، ليس فقط لتحفيز بعض التفاعلات، بل أيضًا لعزل وتنقية المكونات الفعالة الدوائية. تُستخدم ثلاثة أنواع من راتنجات التبادل الأيوني كمكونات فعالة ، وهي: بوليسترين سلفونات الصوديوم ، والكوليستيبول ، والكوليسترامين . يُعد بوليسترين سلفونات الصوديوم راتنج تبادل أيوني حمضي قوي، ويُستخدم لعلاج فرط بوتاسيوم الدم . أما الكوليستيبول فهو راتنج تبادل أيوني قاعدي ضعيف، ويُستخدم لعلاج فرط كوليسترول الدم . بينما يُعد الكوليسترامين راتنج تبادل أيوني قاعدي قوي، ويُستخدم أيضًا لعلاج فرط كوليسترول الدم . يُعرف كل من الكوليستيبول والكوليسترامين باسم مُرتبطات الأحماض الصفراوية .

تُستخدم راتنجات التبادل الأيوني أيضًا كمواد مساعدة في تركيبات صيدلانية مثل الأقراص والكبسولات والعلكة والمعلقات. في هذه الاستخدامات، يمكن أن تؤدي راتنجات التبادل الأيوني وظائف متعددة، بما في ذلك إخفاء الطعم، وإطالة مدة الإطلاق، وتفتيت الأقراص، وزيادة التوافر الحيوي ، وتحسين الاستقرار الكيميائي للمكونات الفعالة .

تم اقتراح استخدام عوامل استخلاب بوليمرية انتقائية كعلاج وقائي لبعض الأمراض التي يحدث فيها تراكم مزمن للأيونات ، مثل داء ويلسون (حيث يتراكم النحاس ) [ 12 ] أو داء ترسب الأصبغة الدموية الوراثي ( فرط الحديد ، حيث يتراكم الحديد ) [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]. تتميز هذه البوليمرات أو الجسيمات بتوافر حيوي جهازي ضئيل أو معدوم ، وهي مصممة لتكوين مركبات مستقرة مع أيونات الحديد الثنائي (Fe2 +).و Fe 3+في الجهاز الهضمي ، مما يحد من امتصاص هذه الأيونات وتراكمها على المدى الطويل. على الرغم من أن هذه الطريقة ذات فعالية محدودة، على عكس عوامل الاستخلاب الجزيئية الصغيرة ( مثل ديفيراسيروكس ، وديفيريبرون ، وديفيروكسامين )، إلا أن هذا النهج قد لا يُسبب سوى آثار جانبية طفيفة في الدراسات شبه المزمنة . [ 15 ] ومن المثير للاهتمام، أن الاستخلاب المتزامن لأيونات الحديد الثنائي (Fe2 +)و Fe 3+يزيد من فعالية العلاج. [ 15 ]

التقاط الهواء المباشر

تمتص راتنجات التبادل الأيوني السالب ثاني أكسيد الكربون بسهولة عند جفافها، ثم تطلقه عند تعرضها للرطوبة. [ 16 ] وهذا ما يجعلها من أكثر المواد الواعدة لالتقاط الكربون مباشرةً من الهواء المحيط [ 17 ] أو التقاطه من الهواء مباشرةً ، حيث يعمل تذبذب الرطوبة على استبدال تذبذب درجة الحرارة أو الضغط الأكثر استهلاكًا للطاقة المستخدم مع المواد الماصة الأخرى، مما يُسهّل تحقيق النتيجة المرجوة. وقد طوّر كلاوس لاكنر نموذجًا أوليًا يُوضّح هذه العملية في مركز انبعاثات الكربون السلبية .

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ ماتسودا، ك.؛ أوكا، ت.؛ تاني، ت.؛ هاناساوا، ك.؛ يوشيوكا، ت.؛ آوكي، هـ.؛ إندو، ي.؛ إيشي، ي.؛ نوما، ك.؛ كوداما، م. (1989-12-01). "دراسة تجريبية حول امتزاز الهيبارين الزائد باستخدام ألياف راتنج التبادل الأيوني". الأعضاء الاصطناعية . 13 (6): 504-507 . doi : 10.1111/j.1525-1594.1989.tb01570.x . ISSN 0160-564X . PMID 2604592 .  
  2. ↑ فرانسوا دارديل وتوماس ف. أردن "مبادلات الأيونات" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية، 2008، وايلي-في سي إتش، فاينهايم. doi : 10.1002/14356007.a14_393.pub2 .
  3. ↑ "التبادل الأيوني (IX) | حلول المياه" . www.dupont.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-05-2023 .
  4. ↑ يُثني الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) بشدة عن استخدام مصطلح "راتنج التبادل الأيوني" للإشارة إلى بوليمر التبادل الأيوني، إلا أن هذا الاستخدام لا يزال شائعًا: الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2004)، "تعريفات المصطلحات المتعلقة بتفاعلات البوليمرات والمواد البوليمرية الوظيفية (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2003)" (ملف PDF) ، مجلة الكيمياء البحتة والتطبيقية ، 76 (4): 889-906 ، doi : 10.1351/pac200476040889 ، S2CID 98351038 
  5. 1 2 ويكي بوكس: علم البروتينات/فصل البروتينات - الكروماتوغرافيا/تبادل الأيونات#مبادلات الأنيونات .
  6. 1 2 فالياسيندي، فيديريكو غا؛ بيلجيورنو، فينتشنزو؛ نابولي، رودولفو ما (1998-01-01)، "معالجة المياه في المناطق النائية والريفية: بروتوكول فحص مفاهيمي لتقنيات نقاط الاستخدام/نقاط الدخول المناسبة" ، في غافاسكي، ريناتو؛ زانداريا، سارانتويا (محرران)، الهندسة البيئية والطاقة المتجددة ، أكسفورد: إلسيفير، ص 329-336 ، doi : 10.1016/b978-0-08-043006-5.50049-5 ، ISBN  978-0-08-043006-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2020
  7. 1 2 بيري، جون هـ. (سبتمبر 1950). "دليل المهندسين الكيميائيين". مجلة التعليم الكيميائي . 27 (9): 533. Bibcode : 1950JChEd..27..533P . doi : 10.1021/ed027p533.1 . ISSN 0021-9584 . 
  8. ^ كال واي مايرز وليونارد إي ميلر (1952). "حمض أمينوكابرويك ε". منظمة. موالفة . 32 : 13. دوى : 10.15227/orgsyn.032.0013 .
  9. ↑ كارل كايزر؛ جوزيف وينستوك (1976). "الألكينات عبر تفاعل هوفمان: استخدام راتنج التبادل الأيوني لتحضير هيدروكسيدات الأمونيوم الرباعية: ثنائي فينيل ميثيل فينيل إيثر". التخليق العضوي 55 : 3. doi : 10.15227/orgsyn.055.0003 .
  10. ↑ آر إيه إيرل؛ إل بي تاونسند (1981). "ميثيل 4-هيدروكسي-2-بيوتينوات". أورغ. سينث . 60 : 81. doi : 10.15227/orgsyn.060.0081 .
  11. ↑ ديفيد ج. هيلمي؛ ليو أ. باكيت (2007). "1،3-ثنائي كلورو أسيتون كمكافئ لسيكلوبروبانون: 5-أوكساسبيرو [ 3.4 ] أوكتان-1-ون" . أورغ. سينث . 84 : 156. doi : 10.15227/orgsyn.084.0156 .
  12. ^ ماتوفا، جانا؛ بوكوفا، بافلا؛ كوكا، يناير؛ شكودوفا، ميكايلا؛ فيتريك، ميروسلاف؛ ستيبانيك، بيتر؛ أوربانك، بيتر؛ بيتريك، ميلوش؛ نوفي، زبينيك؛ هروبي، مارتن (2014). “الخرز البوليمري المخلب كعلاجات محتملة لمرض ويلسون”. المجلة الأوروبية للعلوم الصيدلانية . 62 : 1– 7. دوى : 10.1016/j.ejps.2014.05.002 . اتش دي ال : 11104/0235824 . ISSN 0928-0987 . بميد 24815561 .  
  13. ↑ بولوموسكانيك، ستيفن سي؛ كانون، سي. بات؛ نينان، توماس إكس؛ هولمز-فارلي، إس. راندال؛ ماندفيل، دبليو. هاري؛ دال، براديب ك. (2005). "هيدروجيلات تحتوي على حمض الهيدروكساميك لعلاج استخلاب الحديد غير الممتص: التخليق، والتمييز، والتقييم البيولوجي". الجزيئات الحيوية الكبيرة . 6 (6): 2946-2953 . doi : 10.1021/bm050036p . ISSN 1525-7797 . PMID 16283713 .  
  14. ↑ تشيان، جيان؛ سوليفان، برادلي ب.؛ بيترسون، صموئيل ج.؛ بيركلاند، كوري (2017). "بوليمرات رابطة للحديد غير قابلة للامتصاص تمنع امتصاص الحديد الغذائي لعلاج فرط الحديد". رسائل ACS الكبيرة . 6 (4): 350-353 . doi : 10.1021/acsmacrolett.6b00945 . ISSN 2161-1653 . PMID 35610854 .  
  15. 1 2 3 جروبورز، أوندريج؛ بولاكوفا، لينكا؛ كولوشوفا، كريستينا؛ شفيك، بافيل؛ لوكوتوفا، لينكا؛ ميريالا، فيجاي مادهاف؛ فرانكوفا، بافلا؛ كوكا، يناير؛ كريجت، يناير؛ بارال، بيتر؛ باجني، مارتن؛ هايزر، توماس؛ بوهل، راديك؛ دنلوب، ديفيد. تشيرنيك، جيري؛ شيفك، لوديك؛ بينيس، جيري؛ ستيبانيك، بيتر؛ هوبزا، بافل؛ هروبي ، مارتن (2020). “البوليمرات المخلبية لعلاج داء ترسب الأصبغة الدموية الوراثي”. العلوم البيولوجية الجزيئية . 20 (12) 2000254. دوى : 10.1002/mabi.202000254 . ردمك 1616-5187 . بميد 32954629 . S2CID 221827050 .   
  16. ↑ وانغ، تاو؛ ليو، جون؛ فانغ، مينغشيانغ؛ لو، تشونغيانغ (2013-01-01). "مادة ماصة تعتمد على تقلب الرطوبة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الهواء: تحليل ديناميكي حراري وحركي" . Energy Procedia . 37 : 6096–6104 . Bibcode : 2013EnPro..37.6096W . doi : 10.1016/j.egypro.2013.06.538 . ISSN 1876-6102 . 
  17. ↑ وانغ، شيويرو؛ سونغ، جوتشنغ؛ تشن، يان؛ شياو، هانغ؛ شي، شياويانغ؛ ليو، ييلون؛ تشو، ليانغليانغ؛ هي، يا-لينغ؛ تشن، شي (27 أغسطس/آب 2020). "امتصاص ثاني أكسيد الكربون على راتنجات التبادل الأيوني: تأثير المجموعات الوظيفية الأمينية والبنى الميكروبورية". مجلة البحوث في الكيمياء الصناعية والهندسية . 59 (38). الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS): 16507-16515 . doi : 10.1021/acs.iecr.0c03189 . ISSN 0888-5885 . S2CID 225232043 .  

للمزيد من القراءة

  • "كيمياء وعمليات التبادل الأيوني" . شركة ريمكو للهندسة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مايو 2014 .
  • فريدريش ج. هيلفريش (1962). التبادل الأيوني . منشورات كوريير دوفر. رقم ISBN 978-0-486-68784-1.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  • المبادلات الأيونية (K. Dorfner، ed.)، والتر دي جرويتر، برلين، 1991.
  • سي إي هارلاند، التبادل الأيوني: النظرية والتطبيق، الجمعية الملكية للكيمياء، كامبريدج، 1994.
  • التبادل الأيوني (د. مورافييف، ف. غورشكوف، أ. وارشاوسكي)، م. ديكر، نيويورك، 2000.
  • AA Zagorodni، مواد التبادل الأيوني: الخصائص والتطبيقات، Elsevier، أمستردام، 2006.
  • ألكسندراتوس إس دي. راتنجات التبادل الأيوني: نظرة استرجاعية من بحوث الكيمياء الصناعية والهندسية. بحوث الكيمياء الصناعية والهندسية، 2009.
  • نظام محفز يتكون من راتنج تبادل أيوني ومحفز ثنائي ميثيل ثيازوليدين، هاسياجار يو كيه، ماهالينجام آر جيه، كيشان جي، دبليو أو 2012.