الترشيح (الكيمياء)

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

الترشيح هو عملية فصل أو استخلاص المذاب من مادته الحاملة عن طريق المذيب . [ 1 ]

الترشيح عملية طبيعية قام العلماء بتكييفها لتطبيقات متنوعة باستخدام طرق مختلفة. وتعتمد طرق الاستخلاص المحددة على خصائص المواد الذائبة بالنسبة للمادة الماصة ، مثل التركيز والتوزيع والطبيعة والحجم. [ 1 ] يمكن أن يحدث الترشيح بشكل طبيعي، كما هو الحال في المواد النباتية (العضوية وغير العضوية)، [ 2 ] [ 3 ] وترشيح المواد المذابة في التربة، [ 4 ] وفي تحلل المواد العضوية . [ 5 ] كما يمكن تطبيق الترشيح بفعالية لتحسين جودة المياه وإزالة الملوثات، [ 1 ] [ 6 ] وكذلك للتخلص من النفايات الخطرة مثل الرماد المتطاير ، [ 7 ] أو العناصر الأرضية النادرة . [ 8 ] يُعد فهم خصائص الترشيح أمرًا بالغ الأهمية لمنع عملية الترشيح أو تشجيعها، والاستعداد لها في حال كانت حتمية. [ 2 ]

في حالة التوازن المثالية لعملية الترشيح، يذوب المذيب كل المذاب، ويبقى حامل المذاب دون تغيير. [ 1 ] إلا أن عملية الترشيح ليست مثالية دائمًا، وقد يكون فهمها وتكرارها معقدًا للغاية، [ 6 ] وغالبًا ما تُنتج المنهجيات المختلفة نتائج متباينة. [ 9 ]

يحدث الترشيح في جدار إسمنتي نتيجة لعوامل التجوية الطبيعية.

عمليات التعلم

توجد أنواع عديدة من سيناريوهات الترشيح؛ لذا فإن نطاق هذا الموضوع واسع للغاية. [ 1 ] [ 3 ] [ 9 ] ومع ذلك، يمكن وصف المواد الثلاث عمومًا على النحو التالي:

  • ناقل، المادة أ؛
  • مادة مذابة، المادة ب؛
  • ومذيب، المادة ج. [ 1 ] [ 8 ]

تكون المادتان A وB متجانستين إلى حد ما في النظام قبل إضافة المادة C. [ 10 ] في بداية عملية الترشيح، تعمل المادة C على إذابة المادة B السطحية بمعدل مرتفع نسبيًا. [ 1 ] ينخفض ​​معدل الإذابة بشكل ملحوظ عندما تحتاج المادة C إلى اختراق مسام المادة A لمواصلة استهداف المادة B. [ 1 ] غالبًا ما يؤدي هذا الاختراق إلى إذابة المادة A، [ 1 ] أو إلى ناتج أكثر من مادة مذابة واحدة، [ 10 ] وكلاهما غير مرغوب فيه إذا كان الترشيح المحدد مطلوبًا. يجب مراعاة الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للمادة الحاملة والمادة المذابة عند مراقبة عملية الترشيح ، وقد تكون بعض الخصائص أكثر أهمية اعتمادًا على المادة والمذيب ومدى توافرهما. [ 9 ] يمكن أن تشمل هذه الخصائص المحددة، على سبيل المثال لا الحصر:

عادةً ما يتم تقسيم العملية العامة وتلخيصها في ثلاثة أجزاء: [ 1 ]

  1. ذوبان المذاب السطحي بواسطة المذيب
  2. انتشار المذاب الداخلي عبر مسام الحامل للوصول إلى المذيب
  3. انتقال المذاب المذاب خارج النظام

عمليات استخلاص المواد البيولوجية

يمكن للمواد البيولوجية أن تخضع لعملية الترشيح نفسها، [ 2 ] كما يمكن استخدامها في عملية الترشيح كجزء من المذيب لاستخلاص المعادن الثقيلة . [ 6 ] تتعرض العديد من النباتات لترشيح المركبات الفينولية والكربوهيدرات والأحماض الأمينية ، وقد تصل نسبة فقدان كتلتها إلى 30% نتيجةً للترشيح، [ 5 ] وذلك من مصادر المياه فقط ، مثل المطر والندى والضباب . [ 2 ] تُعتبر هذه المصادر المائية بمثابة المذيب في عملية الترشيح ، ويمكن أن تؤدي أيضًا إلى ترشيح العناصر الغذائية العضوية من النباتات ، مثل السكريات الحرة والمواد البكتينية وكحولات السكر . [ 2 ] وهذا بدوره قد يؤدي إلى زيادة التنوع في أنواع النباتات التي قد تحصل على وصول مباشر إلى الماء. [ 2 ] غالبًا ما يؤدي هذا النوع من الترشيح إلى إزالة مكون غير مرغوب فيه من المادة الصلبة بواسطة الماء، وتُسمى هذه العملية بالغسل. [ 11 ] من أهم المخاوف المتعلقة بتسرب المبيدات إلى النباتات هو تسربها عبر مياه الأمطار ؛ [ 3 ] وهذا ليس ضروريًا لصحة النبات فحسب، بل من المهم أيضًا السيطرة عليه لأن المبيدات قد تكون سامة لصحة الإنسان والحيوان. [ 3 ]

الاستخلاص الحيوي هو مصطلح يصف إزالة الكاتيونات المعدنية من الخامات غير القابلة للذوبان عن طريق عمليات الأكسدة البيولوجية والتكوين المعقد. [6] تُجرى هذه العملية في الغالب لاستخلاص النحاس والكوبالت والنيكل والزنك واليورانيوم من الكبريتيدات أو الأكاسيد غير القابلة للذوبان . [ 6 ] يمكن أيضًا استخدام عمليات الاستخلاص الحيوي في إعادة استخدام الرماد المتطاير عن طريق استخلاص الألومنيوم باستخدام حمض الكبريتيك . [ 7 ]

عمليات ترشيح الرماد المتطاير

يُعدّ رماد الفحم المتطاير منتجًا يتعرض لتسرب كميات كبيرة من المواد الكيميائية أثناء التخلص منه. [ 7 ] ورغم تشجيع إعادة استخدام رماد الفحم المتطاير في مواد أخرى كالخرسانة والطوب، إلا أن كميات كبيرة منه في الولايات المتحدة لا تزال تُتخلص منها في أحواض تجميع، وبحيرات ، ومدافن نفايات ، وأكوام خبث. [ 7 ] تحتوي جميع مواقع التخلص هذه على مياه قد تتسبب عوامل غسلها في تسرب العديد من العناصر الرئيسية المختلفة ، وذلك تبعًا لنوع رماد الفحم المتطاير وموقع استخراجه. [ 7 ] لا يُثير تسرب رماد الفحم المتطاير القلق إلا إذا لم يتم التخلص منه بشكل صحيح، كما هو الحال في محطة كينغستون لتوليد الطاقة الأحفورية في مقاطعة روان بولاية تينيسي. [ 12 ] أدى الانهيار الهيكلي لمحطة كينغستون لتوليد الطاقة الأحفورية التابعة لهيئة وادي تينيسي إلى دمار هائل في جميع أنحاء المنطقة ومستويات خطيرة من التلوث في اتجاه مجرى نهري إيموري وكلينش . [ 12 ]

عمليات الترشيح في التربة

تعتمد عملية الترشيح في التربة بشكل كبير على خصائصها، مما يجعل نمذجة هذه العملية صعبة. [ 4 ] وينتج معظم الترشيح عن تسرب المياه، وهو تأثير غسل مشابه لما وُصف في عملية ترشيح المواد البيولوجية. [ 4 ] [ 11 ] وعادةً ما يُوصف الترشيح بنماذج نقل المذاب، مثل قانون دارسي ، ومعادلات تدفق الكتلة ، وفهم الانتشار والتشتت . [ 4 ] ويتحكم في الترشيح إلى حد كبير الموصلية الهيدروليكية للتربة، والتي تعتمد على حجم الجسيمات والكثافة النسبية التي اكتسبتها التربة من خلال الإجهاد. [ 4 ] ويتحكم في الانتشار عوامل أخرى مثل حجم المسام وهيكل التربة، والتواء مسار التدفق، وتوزيع المذيب (الماء) والمذابات. [ 4 ]

الترشيح لاستخلاص المعادن

يمكن استخدام عملية الترشيح أحيانًا لاستخلاص مواد قيّمة من مياه الصرف الصحي أو المواد الخام. في مجال علم المعادن، يُعدّ الترشيح الحمضي شائعًا لاستخلاص معادن مثل الفاناديوم والكوبالت والنيكل والمنغنيز والحديد وغيرها من المواد الخام أو المواد المعاد استخدامها. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] في السنوات الأخيرة، ازداد الاهتمام بترشيح المعادن لاستخلاص المعادن الثمينة من النفايات، مثل استخلاص المعادن القيّمة من مياه الصرف الصحي. [ 15 ]

آليات الترشيح

نظراً لتنوع عمليات الترشيح، توجد اختلافات عديدة في البيانات التي يتم جمعها من خلال الطرق المختبرية والنمذجة، مما يجعل تفسير البيانات نفسها أمراً صعباً. [ 10 ] لا تقتصر الأهمية على عملية الترشيح المحددة فحسب، بل تشمل أيضاً محور التجربة نفسها. على سبيل المثال، يمكن توجيه التركيز نحو الآليات المسببة للترشيح، أو علم المعادن كمجموعة أو بشكل فردي، أو المذيب المسبب للترشيح. [ 10 ] تُجرى معظم الاختبارات بتقييم فقدان الكتلة الناتج عن كاشف أو حرارة أو ببساطة الغسل بالماء. [ 1 ] يمكن الاطلاع على ملخص لعمليات الترشيح المختلفة واختباراتها المختبرية في الجدول التالي:

الجدول 1: الاختبارات المعملية لعمليات الترشيح المختلفة
عملية الترشيحالفحوصات المخبرية
إزالة عصارة النفاياتاختبار الدفعة أو اختبار العمود [ 9 ]
التسرب من النباتاتاختبار t أو اختبار التبديل [ 5 ]
تعبئة الكاتيونات المعدنيةالاستخلاص الحيوي [ 6 ]
ترشيح الرماد المتطايرالتبخر من بركة التخلص [ 7 ]
الاستخلاص الخلويمشتقات البترول الخفيفة، أو مذيب ثلاثي كلورو الإيثيلين، أو مذيب الأسيتون/الإيثر [ 1 ]
ترشيح المواد الصلبة الخشنةمصنع الدفعات [ 1 ]
ترشيح المواد الصلبة الدقيقةالتحريك بواسطة محرك ميكانيكي أو هواء مضغوط [ 1 ]

الترشيح الصديق للبيئة

أُجريت مؤخرًا بعض الدراسات الناجحة لدراسة إمكانية استخدام الأحماض العضوية لاستخلاص الليثيوم والكوبالت من البطاريات المستهلكة . وأظهرت التجارب التي أُجريت باستخدام درجات حرارة وتركيزات مختلفة من حمض الماليك أن الظروف المثلى هي تركيز 2.0 مل/لتر من الحمض العضوي عند درجة حرارة 90 درجة مئوية. [ 16 ] وقد بلغت كفاءة التفاعل الإجمالية أكثر من 90% دون أي نواتج ثانوية ضارة. 

4 LiCoO 2 (صلب) + 12 C 4 H 6 O 5 (سائل) → 4 LiC 4 H 5 O 5 (سائل) + 4 Co(C 4 H 6 O 5 ) 2 (سائل) + 6 H 2 O(سائل) + O 2 (غاز)

أظهر التحليل نفسه باستخدام حمض الستريك نتائج مماثلة مع درجة حرارة وتركيز مثاليين يبلغ 90  درجة مئوية ومحلول حمض الستريك بتركيز 1.5 مولار. [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ريتشاردسون، جيه إف؛ هاركر، جيه إتش؛ باكهيرست، جيه آر (2002)، " الفصل 10 - الترشيح" ، في ريتشاردسون، جيه إف؛ هاركر، جيه إتش؛ باكهيرست، جيه آر (محررون)، الهندسة الكيميائية (الطبعة الخامسة) ، سلسلة الهندسة الكيميائية، باتروورث-هاينمان، الصفحات 502-541 ، doi : 10.1016/b978-0-08-049064-9.50021-7 ، ISBN  978-0-08-049064-9
  2. 1 2 3 4 5 6 توكي، إتش بي (1970). "استخلاص المواد من النباتات". المراجعة السنوية لفسيولوجيا النبات . 21 (1): 305-324 . doi : 10.1146/annurev.pp.21.060170.001513 . ISSN 0066-4294 . 
  3. 1 2 3 4 دوبوس، آي جي؛ بيولك، إس؛ براون، سي دي (2002). "معايرة نماذج ترشيح المبيدات: مراجعة نقدية وإرشادات لإعداد التقارير". مجلة علوم إدارة الآفات . 58 (8): 745-758 . doi : 10.1002/ps.526 . ISSN 1526-4998 . PMID 12192898 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 أديسكوت، تي إم؛ واغينيت، آر جيه (1985). "مفاهيم ترشيح المواد المذابة في التربة: مراجعة لأساليب النمذجة". مجلة علوم التربة . 36 (3): 411-424 . doi : 10.1111/j.1365-2389.1985.tb00347.x . ISSN 1365-2389 . 
  5. 1 2 3 بارلوشر، فيليكس (2005)، "الفصل 5 - الترشيح"، في غراسا، ماس؛ بارلوشر، فيليكس؛ جيسنر، إم أو (محررون)، طرق دراسة تحلل المخلفات: دليل عملي ، سبرينغر هولندا، ص 33-36 ، doi : 10.1007/1-4020-3466-0_5 ، ISBN  978-1-4020-3466-4
  6. 1 2 3 4 5 6 روهويردر، ت.؛ جيركه، ت.؛ كينزلر، ك.؛ ساند، و. (2003). "مراجعة الاستخلاص الحيوي، الجزء أ: التقدم في الاستخلاص الحيوي: أساسيات وآليات أكسدة كبريتيد المعادن البكتيرية". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية . 63 (3): 239-248 . doi : 10.1007/s00253-003-1448-7 . ISSN 1432-0614 . PMID 14566432. S2CID 25547087 .   
  7. 1 2 3 4 5 6 إيير، ر. (2002). "الكيمياء السطحية لرماد الفحم المتطاير الناتج عن الترشيح". مجلة المواد الخطرة . 93 (3): 321-329 . Bibcode : 2002JHzM...93..321I . doi : 10.1016/S0304-3894(02)00049-3 . ISSN 0304-3894 . PMID 12137992 .  
  8. 1 2 بيلمان، س.؛ صن، تشي؛ سيتسما، ج.؛ يانغ، ي. (2016)، "الفصل 21 - ترشيح العناصر الأرضية النادرة: مراجعة للتقنيات السابقة والحالية" ، صناعة العناصر الأرضية النادرة ، إلسيفير، ص 319-334 ، doi : 10.1016/b978-0-12-802328-0.00021-8 ، ISBN  978-0-12-802328-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أكتوبر 2019
  9. 1 2 3 4 5 6 7 بيركيت، سي إل؛ ويبستر، دبليو سي (1981). "مراجعة أدبية لإجراءات الترشيح والاستخلاص المختبرية الدفعية". في كونواي، آر؛ مالوي، بي (محرران). اختبار النفايات الصلبة الخطرة: المؤتمر الأول . ويست كونشوهوكن، بنسلفانيا: الجمعية الأمريكية لاختبار المواد الدولية 1981: الجمعية الأمريكية لاختبار المواد. الصفحات 7-7-21. doi : 10.1520/stp28826s . ISBN  978-0-8031-0795-3ISSN 1040-3094 – عبر في اختبار النفايات الصلبة الخطرة: المؤتمر الأول . {{cite book}}تم تجاهل |journal=( مساعدة ) CS1 صيانة: الموقع ( رابط )
  10. 1 2 3 4 5 6 7 بروسر، أ.ب. (1996). "مراجعة عدم اليقين في جمع وتفسير بيانات الترشيح". علم المعادن المائية . 41 (2): 119-153 . Bibcode : 1996HydMe..41..119P . doi : 10.1016/0304-386X(95)00071-N . ISSN 0304-386X . 
  11. 1 2 جيانكوبليس، كريستي (2004). عملية النقل ومبادئ الفصل . نيوجيرسي: بريتنس هول. الصفحات 802-817 . ISBN  978-0-13-101367-4.
  12. 1 2 "انسكاب رماد الفحم المتطاير من محطة كينغستون للوقود الأحفوري" ، ويكيبيديا ، 18 نوفمبر 2019 ، تاريخ الاطلاع 21 نوفمبر 2019
  13. ↑ شيونغ، يوتينغ؛ وانغ، لينغ؛ وانغ، لونغ؛ لي، شين؛ يانغ، غوهوا؛ كاو، تشونغ؛ ليو، شوكسيان؛ ني، ييمياو؛ جيا، لانبو (2023-07-01). "تحسين وتحليل حركي لعملية الترشيح الحمضي المباشر للفاناديوم من خبث الفاناديوم المحول تحت الضغط الجوي" . هندسة المعادن . 198 108091. Bibcode : 2023MiEng.19808091X . doi : 10.1016/j.mineng.2023.108091 . ISSN 0892-6875 . S2CID 258423709 .  
  14. ^ بالاز إليس، إستفان؛ كيكيسي ، تاماس (2023/10/01). "استخلاص مركبات Co و Ni و Mn و Fe النقية من بطاريات Li-ion المستهلكة عن طريق الترشيح الاختزالي والترسيب التأكسدي المشترك في وسط الكلوريد" . هندسة المعادن . 201 108169. بيب كود : 2023MiEng.20108169B . دوى : 10.1016/j.mineng.2023.108169 . ردمك 0892-6875 . 
  15. 1 2 غو، كون هونغ؛ تشنغ، ويبنغ؛ دينغ، بودونغ؛ هان، جونوي؛ تشين، وين تشينغ (2022-08-01). "استخلاص شامل للمعادن الثمينة من بطاريات الليثيوم الثلاثية المستعملة عن طريق التحميص والترشيح: دراسات ديناميكية حرارية وحركية" . هندسة المعادن . 186 107736. Bibcode : 2022MiEng.18607736G . doi : 10.1016/j.mineng.2022.107736 . ISSN 0892-6875 . S2CID 250639975 .  
  16. ↑ لي، لي؛ جينغ غي؛ رينجي تشن؛ فنغ وو؛ شي تشن؛ شياو شياو تشانغ (2010). "عامل ترشيح صديق للبيئة لاستخلاص الكوبالت والليثيوم" . المجلة الدولية للإدارة المتكاملة للنفايات والعلوم والتكنولوجيا . إدارة النفايات. 30 (12): 2615-2621 . doi : 10.1016/j.wasman.2010.08.008 . PMID 20817431. تاريخ الاسترجاع: 22 ديسمبر 2011 . 
  17. ↑ لي، لي؛ جينغ غي؛ فنغ وو؛ رينجي تشن؛ شي تشن؛ بورونغ وو (2010). "استخلاص الكوبالت والليثيوم من بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة باستخدام حمض الستريك العضوي كمذيب". مجلة المواد الخطرة . 176 ( 1-3 ): 288-293 . Bibcode : 2010JHzM..176..288L . doi : 10.1016/j.jhazmat.2009.11.026 . PMID 19954882. S2CID 17075350 .