הבנת הכימיה שמאחורי הכימיה

המדע שגורם לשודד כימי

מדיה סינון כימי הם חומרים המונדסים אינטראקציה עם מתמוסס או contaminants ברמה מולקולרית.בניגוד למסכים פשוטים או מסננים עומק כי מתחים פיזית חלקיקים, מדיה אלה מסתמכים על מודעות, חילופי ion, או תגובות קטליטיות כדי ללכוד, לשנות, או נייטרלי חומרים לא רצויים.הכימיה השולטת אלה קובע כי חומרים מסוכנים הם ממוקדים, כמה יכול להיות לפני הסרת אמצעי התקשורת, ואפילו נשימה יעילה תהליך של אבטחה.

כיצד פיזור כימי מתפרע מהפרדה מכנית

(הההפצה המכנית) מסירת מוצקים על בסיס הכללה בגודל: א-ש עם פתחים של 5-micrometre ישמר חלקיקים גדולים יותר מאשר סף זה, תוך מתן מים, סטיות מומסות, וקולונים קטנים יותר לעבור.

הבחנה זו חשובה משום שהיכולת של מסנן כימי היא סופית ונחושת על ידי מספר האתרים הפעילים הזמינים לחייב, בעוד שפילטר מכני מסינון קרישה בהדרגה ויכול לעתים קרובות להיות שטוף בחזרה.מדיה כימית הופכת בסופו של דבר רוויה וחייב להיות מהדהד או מוחלף.הבחירה של אמצעי מסוים ולכן מכווצת על מולקולות היעד, הרקע של הזרם, ואת הכלכלה של התחדשות, למעשה, מערכות טיפול רבות, משלבות סוגים של חדירה של אמצעי תקשורת מכנית, באמצעות הדבקה מגנטית, באמצעות הדבקה מכנית, באמצעות מוטציות מכנית, באמצעות הדבקה מגנטית, באמצעות קדמית מוצקה, באמצעות קדמית.

מודעות פיזית: התפקיד של כוחות הפנים

מודעות פיזיקליות (פיזיות) מונעות בעיקר על ידי כוחות גמישים, במיוחד אינטראקציות Van der Waals.התהליך הוא הפיכה וקיצוניות. אזור משטח פנימי גדול, שנוצר בדרך כלל על ידי רשת של micropores ו mesopores, מספק אינספור אתרים שבהם ניתן להחזיק גז או מולקולות נוזליות יכול להיות מוחזקות על פני פחמן quintsential דוגמה: אחד של חומרים גמישים של פחמן מופעל על פני השטח של פחמן קטן יותר של פחמן מופעל על פני השטח של פחמן מופעל על ידי פחמן, אשר יכול להיות מופעל על ידי נפח פחמן מופעלת גבוהה יותר של פחמן מופעל על ידי פחמן מופעלת גבוהה יותר של פחמן, 000.

צ'רמיזור: בונד חזק עבור הסרת סלקטיבי

כאשר האינטראקציה בין פני השטח התקשורתי לבין contaminant כוללת היווצרות של אג"ח עצביים קוהרנטיים או ionic, התהליך נקרא בכוונה chemisorption. מנגנון זה הוא יותר סלקטיבית ופחות ניתוק מאשר מודעות פיזיקליות.לעתים קרובות, קבוצות פונקציונליות ספציפיות מוצגות על פני השטח - אוקסגן המכילות חומרים כגון carboxyl, פחמן, הידרוקסל או מופעל על פחמן מופעל; סגסוגת של קבוצות חמצן עבור פחמן חד-ידי דלקת חומרים כימיים פגומים בלבד; או חומרים כימיים, אשר אינם יכולים להיות מכומיים.

Ion Exchange: Swapping Out Contaminants

(ה) החלפה של Ion היא קבוצות פולימרים מוצקות או גרנולים הנושאים האשמות קוליות קבועות (Cation Exchange resinsins מכילים קבוצות פונקציונליות מואשמים באופן שלילי (לעתים קרובות sulfonate,SOFLT:03FLT 1FLT) עבור קבוצות מגנזיום אמפיביות (ILT2-FLT 3) עם ⁇ ) אשר מכילות מים כגון נתרן או מימן.

הכימיה היא פשוטה אלגנטית אך דורשת הנדסה מדויקת: מיטת השרף חייבת לספק זמן מגע מספיק, ומחזורי ההתחדשות חייבים להיות זמן כדי להימנע פריצת דרך של היעד contaminant. Regeneration מושגת על ידי הצפה במיטה עם פתרון מרוכז של הנגד המקורי (brine for sodium-cycle רכך, חומצי או סיבתי עבור deminlisers), ובכך למעשה מכים את התגובה ב- 18 מצעים מתאימים, שבו הם מעורבים, כלומר, כמו גם מול כלי מוליכים למחצה, אשר נמצאים מול כלי מוליכים למחצה, עם מיכלים, עם מוליכים למחצה, אשר נמצאים ב- 18 מוליכים למחצה, ו- 18 מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, עם מיכליים מתאימים, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים

המונחים: Breaking Down

כמה אמצעי סינון מאיצים תגובות כימיות שהופכות אתמזהמים למוצרים בלתי מזיקים ללא צורך במובן הסטוימטרי.FLT:0Manganese דו-חמצניFLT:1-coated מדיה, למשל, קטטה את מחזורי חמצון של דלקת אולטרה-חמצני פעיל, אך מזרז אותם כך שהם יכולים להיות מסונן מכני.

תפקיד השפע והכימיה של פני השטח

מדיה סינון כימי מסתמכת במידה רבה על המבנה הפנימי שלהם ואת האופי הכימי של פני השטח שלהם. Porosity מכתיב כמה אתרים פעילים נגישים למזהמים. Micropores (קטן מ 2 nm) לספק את רוב השטח שטח הפנים שלהם, בעוד mesopores (2–50 nm) לשמש ערוצי תחבורה, ומאקרו (יותר מ 50 nm) לאפשר זרימת שטח זה באופן טבעי, כמו קבוצות חמצן מופעלת.

סוגי מדיה כימית

מגוון רחב של חומרים פותח, כל אחד מהם מותאם לשיעורים ספציפיים של contaminants. בעוד ננונו-חומרים חדשים מונדסים מקבלים תשומת לב ניכרת, התקשורת המסורתית עדיין שולטת בפועל תעשייתי בגלל האמינות, יעילות עלות, ומעטפות ביצועים מופרכות היטב.

פחם: אדים של העבודה

המיוצר על ידי חומרים גולמיים pyrolysing פחמן דו-חמצני - פצצות פחמן מופעל, פחם זעיר, עץ או אפונה - ולאחר מכן לפעול אותם עם קיטור או כימיקלים בטמפרטורה גבוהה, פחמן פעיל מפתח נפח עצום של פומר פנימי. מיקרופורס (עד פחות מ 2 nm) לתרום את רוב השטח והם אחראים למלכודת מולקולות קטנות כגון חומצות אורגניות ומולקולות אורגניות כדי להכיל מיקרו- 000) או חומרים גדולים יותר כמו מיקרו-אונקבוביות (nbrepores) או יותר.

הכימיה של פחמן מופעלת יכול להיות מכוונן במהלך הפעלה או באמצעות טיפול לאחר טיפול.פחמי פחמן שטוף חומצה יש אפר נמוך ו pH נייטרלי, מה שהופך אותם מתאימים למים הניתנים לסיר שבו יש להימנע מלחמת מתכות.פחמי פחמן מואצים - הסרת מלחים אורגניים, אשלגן permanganate, או סיבתי - קיבולת סינתטית עבור גזים מסוימים, לדוגמה:

Ion Exchange Resins: Precision Ion Removal

Styrene-divinylbenzene copolymers ליצור את עמוד השדרה של רוב ion חילופי resins. התואר של crosslinking (המוגדר על ידי תוכן divinylbenzene) שולט נפיחות, כוח מכני, ו-ion נגישות. Resins זמינים בג'ל ומאקרו מורולוגיות; ⁇ יש ערוצים קבועים כי זעזועים ו unrerererereative, לעשות טיפול אורגני עבור מים מועדפים.

(הבחירה הטונית של שרף תלויה בצפיפות המטען וברדיוס המומה של הציות המתחרותיות (עבור קידודים מגנטיים אופייניים, סדר ההעדפה למושגים דיפרנציאליים (השדה המילולי פותח:02+Feloment) אשר ניתן לטפל בכיסויי חשמל מהירים כגון: 2+FLT 3 שנים) הוא צפוי, אך ניתן לתפעל מחדש על ידי החלפת חומרים כימיים כגון:

Zeolites ו- Molecular Sieves

Zeolites הם גבישי aluminosilicates עם מבנה הכלוב מוגדר היטב ו- ערוצים.שניהם טבעי (clinoptilolite) וזנים סינתטיים משמשים סינון.פתחים שלהם הם אחידים וניתן להנדס כדי להודות מולקולות של קוטר קיננטי ספציפי תוך למעט אלה גדולים יותר - כלומר המונח "lemolemocular sieveites" בהסרת מימן ופסולת כגון פחמן, כמו פחמן, 000).

הטבע ההידרופילי של zeolites zeolites zeolites נמוך עושה אותם desiccants מעולה, אבל הם יכולים גם להיות שונה להיות יותר אוניבפילי:0Zeolite כימיה irFLT:1 הוא אזור מלומד היטב בגלל היישומים שלה הפרדה גז וקטאליזה.

Metal Oxide- Based Media and Specialty Sorbents

תחמוצת גרניט, תחמוצת טיטניום, ו תחמוצת אלומיניום משמשים כדי לכוון contaminants ספציפיים, במיוחד ארסן, פלואוריד, ופוספט. תחמוצות אלה לתפקד באמצעות שילוב של החלפת ligand ומורכבות פני השטח. לדוגמה, arsenic טפסים חזקים פנימי-sphere קומפלקסים עם משטחים ברזל, המאפשר ranular ferranular hydreric אפילו מרקע מימית גבוהה.

מדיה מבוססת נדיר וחותות אורגניות משתנות מתפתח עבור יישומים נישה. Thiol-functional meso ⁇ silica, לדוגמה, יכול ללכוד כספית פנוי מזרמים גז טבעי.למרות חומרים אלה לשלוט על מחיר גבוה יותר מאשר מדיה קונבנציונלית, את הסלקטיביות שלהם ואת היכולת עבור מזהמים עקבות יכול להפחית את העלות הכוללת של הבעלות בעת התמודדות עם מגבלות מחמירות נוספת הוא כפול (HLDs) כמו קיבולת פחמן נמוכה, כגון קיבולת פחמן קיבולת פחמן קיבולת).

גורמים המשפיעים על ביצועי השוד

יעילותו של כל אמצעי סינון כימי נשלטת על ידי קבוצה של משתנים תפעוליים עצמאיים.הבנת ושליטה בהם חיונית להשגת טיפול אמין ויעיל.

שטח פני השטח העליון של FLT:0Surface Zone ו- Pore Structure: ⁇ F1 (שטח פני השטח העליון) מגביר את מספר האתרים המחייבים.אבל חלוקת גודל poreface חייבת להתאים את מולקולה היעד; אם pres הם קטנים מדי, מולקולות גדולות לא יכולות להיכנס, בעוד שנפיחות גדולה יתרום מודעות קטנות אופטיות.
(FLT:0Functional Group Chemistry:FLT:1 צפיפות וסוג קבוצות פונקציונליות פני השטח לקבוע את הסלקטיביות עבור contaminants מסוימים. ⁇ קבוצות המכילות חמצן יכול לשפר את האג"ח מימן; קבוצות amine יכולות ללכוד גזים חומציים; קבוצות של תאים יכולים לשליש כספית. Post-synthe cyafting טכניקות מאפשרות התאמה מדויקת.
(FLT:0) Solution pH: pH 1FLT משנה הן את המטען על פני השטח של התקשורת ואת הספקולציות של מודעת פחמן מופעלת יותר מולקולות אורגניות ניטראליות ב pH ליד pKharph:2aFLT 3:2aFLT 3, בעוד יכולת החלפת ion עבור צינורות חומציים חלש כאשר הקבוצה פונקציונלית הוא נוטה לדלקת ריאות (Creditatorption) עבור ⁇ .
(FLT:0) Temperature: ®FLT:1 Adsorption הוא exthermic, כך שטמפרטורות גבוהות יותר בדרך כלל להפחית את יכולת שיווי המשקל עבור physisorption. Chemisorption ו ion שערי חליפין עשויים להגדיל עם טמפרטורה, אבל ההשפעה נטו על יכולת יש למדוד עבור כל מערכת. in גז-phase מסנמסננים, טמפרטורה מוגברת יכולה גם להיות חלשה, גרימת דימום הדרגתי.
(FLT:0 Contact Time and Flow Rate:FLT:1, זמן יצירת קשר מיטה ריקה (EBCT) חייב להיות מספיק עבור העברת המונים וקנטינות תגובה. מהר מדי זרימת אזור העברת ההמונים, מה שגורם לפריצת דרך מוקדמת מדי יכול להיות לא כלכלי.
(FLT:0) ציפייה של מינים מתחרים: FIRLT:1 חומר אורגני רקע יכול לפגוע pores ותופס אתרי מודעות.בחילופי ion, בצלים מתחרים של בחירה גבוהה יותר יכול לפסול את יון היעד, באופן פתאומי מעלה ריכוזים פענוח.לדוגמה, רמות גבוהות של sulfate במים יכולים להפריע להסרה על ידי החלפת.

אתגרים משותפים ופתרון בעיות

(גם למערכות סינון כימיות מתקדמות) יכולות לחוות בעיות שגורמות להופעת ביצועים (FLT:0Channeling) ספציפיות חיישנים (FLT:1) מתרחשת כאשר נוזל מוצא נתיבים מועדפים דרך המיטה, תוך קיצוץ של רוב אמצעי התקשורת המוקדמים, זה לעתים קרובות נגרם על ידי חומרים לא-חבילה, כיסכי אוויר, או ירידה באמצעי זהירות מהירים יותר, או אמצעי זהירות.

חידוש ומדיה Longevity

רוב אמצעי סינון כימי ניתן לשחזר, למרות שהשיטה והכלכלה משתנים באופן נרחב. Ion Exchange Resins נועדו עבור מחזורי חידוש מרובים באמצעות כימיקלים זולים -brine, חומצה, או סיבתיים. ובכן-mainned רסין יכול להימשך מעל 10 שנים. מופעל פחמן מופעל יכול להיות מגיב תרמילאים כי מניע מודעות או מחוספס לשחזר מבנה מרומז; עם זאת, כל תהליך של אנרגיה קטנה או ירידה.

לעתים קרובות מדיה קטליטית דורשת רק שטיפת גב תקופתית כדי להסיר את ההקדמה המצטברת, שכן הזרז עצמו אינו נצרך באופן סטוימטרי.מדיה שתלויה בתפיסה, עם זאת, עשוי להיות קשה להתחדש כי הקשר הכימי חייב להיות שבור בתנאים שעלולים לקלקל את פני השטח. במקרים כאלה - לכידת סוברים, למשל - שימוש חד-פעמי, הם נורמה עם המתכת או החלמה.

המפעילים חייבים לאזן את התדר להתחדשות נגד הסיכון של פגיעה בלתי הפיך.צמיחה ביולוגית, דחיסה, ועקבות של משקעים מתכת יכולים לחסום אתרים פעילים לצמיתות.צעדים לטיפול כגון סינון של השמדה, חמצון, והתאמה של pH הם לעתים קרובות הכרחיים להגן על ההשקעה במדיה כימית בעלת ערך גבוה.

יישומים תעשייתיים וסביבתיים

מדיה סינון כימי פרוסים על פני ספקטרום של תעשיות, כל אחד עם פרופיל משלה דרישות טוהר.

(ב) [15] מים לשתייה: ⁇ 1 ; גרגר פחמן פעיל מסיר חיטוי על ידי מבשרי מוצרים, חומרי הדברה ותרכובות טעם-ובדנות. החלפת Ion משמשת לרכך, הסרה ניטרית, ו perchlorate טיפול ב- PLT:2drinking מים טיפול מים 3LT3FLT: מנדט לתקני טיפול תרופתיים מתקדמים, כגון טיפול תרופתי.

טיפול במים:0Wastewater Treatment:FLT:1 טיפול טריטרי מעסיק פחמן פעיל כדי להסיר תרופות שאריות ותרכובות מרתיעה ששורדים תהליכים ביולוגיים. Ion חילופי resins לשחזר אמוניה ופוספט מפלט חקלאי, מהמיר בעיית זיהום למוצרים מפריים.

(FLT:0) Air Purification:FLT:1 מופעל פחמן במסננים HVAC ומחסניות הנשימה ללכוד תרכובות אורגניות נדחות, גזי חומצה, וכספית vapour. Zeolite מבוסס אחייבים מולקולריים לייצר חנקן גבוה מתחומים דחוסים אוויר.

(FLT:0Chemical and Petrochemical Processing:FreaLT:1 Catalysts נתמך על אלומיניום או silica לבצע הידרוקרינג, בעוד מיטות שמירה מלא פחמן מופעל או תחמוצת מתכת להסיר רעלים כגון כספית, ארסן, ו sulfur מ מפרטים חומצה פולית. Ion מחליפים מחדשים מתכות יקרות משפע מים, נמוך יותר של גזי גלם וכבדות סביבתית, אך הם צורך דלקים מתכת נוזלית, אך ורק כדי להסיר חומרים נוזליים.

עקבו אחרי Nanomaterials and Composite Media

מדיה מסורתית עכשיו להיות משופר או מוחלף על ידי nanomaterials המציעים יחסי משטח גבוה יותר - דונם-to- כרכים וכימיה משטח מותאמים. פחמן nanotubes (CNTs) וחומרים מבוססי oxideen oxide oxide להראות יכולת יוצאת דופן עבור מתכות כבד וצבעים אורגניים, למרות העלות של ייצור בקנה מידה גדול נשאר מחסום.

(התקשורת המונה מנגנוני הסרת שונים לתוך חלקיק יחיד הם צובר קרקע.הלב של תחמוצת ברזל מגנטית המצופה מפגז סיליקה פונקציונלי, למשל, יכול להיות פרסומות אורבי ארסן ולאחר מכן להיות מופרד מן המים באמצעות שדה מגנטי, המאפשרת חידוש מתמשך של חלקיקים:0Recent ResearchFLT:1 שפורסם ב-FLT2: Sustainability: 3.

גישות בהשראת ביולוגית, כגון חיקוי המבנה של אקוופרינים או עיצוב peptides כי כוויות ספציפיות, הם אזור פעיל של חקירה. בעוד עדיין ברובו במעבדה, מסננים ביו-מימטיים אלה מבטיחים בחירה חסרת תקדים ויעילות אנרגיה.האתגר נשאר מדרג את הטכנולוגיות האלה ממילימטרים ועד טון ללא הפסד ביצועים.

שיטות עבודה טובות ביותר עבור Media Selection and System Design

בחירת המדיום הכימי הנכון מתחיל עם מים מפורטים, אוויר או תהליך של הזיה. בדיקות טייס בשיעורי זרימה ייצוגיים וריכוזים contaminant מומלץ מאוד, כי ספסל-הקורס לעתים קרובות overpredict האמיתי יכולת כאשר מספר contaminants להתחרות. השלבים הבאים מהווים מסגרת עיצוב אמינה:

(FLT:0)Define the goal effluent Quality:031) לזהות את הכימיקלים הספציפיים שיש להסיר ואת הריכוז המקסימלי שניתן לאפשרי בזרם הטיפול.
(FLT:0) Characterise the influent:cioFLT:1 אנליז pH, טמפרטורה, רקע מתמוסס מוצקות, חומר אורגני, ועבירות פוטנציאליות.
(FLT:0) סקרן המועמד התקשורת: FLT:1Narrow השדה מבוסס עלסלקטיביות, יכולת, תאימות עם סביבת ההפעלה.שימוש הוא מידע אחר מיצרנים אך לאמת עם בדיקה עצמאית אם אפשר.
(FLT:0) פיילוטי טייס פיילוט: FLT:1 השתמש בעמודות קטנות בזמני מגע מיטה ריקים התואמים את העיצוב בקנה מידה מלא כדי ליצור עקומות פורצות דרך בתנאים ריאליים.
(FLT:0) חידוש או לוגיסטיקה של סילוק: אנדרל 1) לקבוע אם על-ידי חידוש באתר הוא אפשרי ומה זרמי פסולת הוא ייצרו.אם אמצעי שימוש אחד נבחרים, לאשר כי עלויות הסילוק ואישורים רגולטוריים ניתנים לניהול.
(FLT:0)עיצוב עבור חוסן תפעולי:FearLT:1 , Include Redundancy, קווי עקף, ו ניטור בזמן אמת של איכות מלוטשת כך שניתן לשנות את התקשורת לפני פריצת דרך מתרחשת. שקול משאבות מהירות משתנות כדי להתאים את זמן המגע כמו גילי מדיה.

מערכת מעוצבת היטב גם מהווה את הירידה בלחץ על פני המיטה התקשורתית ואת הפוטנציאל לתקשור או נוזלזציה. מערכות תחת לחץ תקין ומפיצים זרימה לשמור על המיטה יציבה וממקסמים את צריכת פני השטח הפעילה.עלויות האנרגיה עבור משאבה דרך מיטות עמוקות יכול להיות משמעותי, כך שגודל החלקיקים התקשורתי חייב להיות נבחר כדי לאזן את יעילות ההסרה עם דרישות הידראוליות.

כיוונים עתידיים: פליסטרציה חכמה ועולה

הדור הבא של מדיה סינון כימי יהיה כנראה אינטליגנטי, הסתגלות, ושילוב מלא בכלכלה המעגלית.חיישנים משובצים במיטות מדיה יכול לזהות את אזור העברת ההמונים מתקדם על ידי מדידה שינויים בהתנהגות חשמלית, צבע, או pH, מה שגורם מחזורי התחדשות אוטומטיים רק כאשר צריך.תאומים דיגיטליים של מערכות סינון, ניזונים על ידי נתונים בזמן אמת, יכול לחזות exhaustion מדיה ואופטימיזציה של פעולות כימיות עבור חידושים אלה.

לחצים של קיימות דוחפים יצרנים לפתח מדיה מזין מתחדשים - מפסולת חקלאית, שיטוסן מפגזי דג הקליפה, וחילופי ion המבוססים על תאים אלה יכולים להיות פחמן-ניטרליים או אפילו פחמן-שלילי, ואת נתיבי החיים שלהם כוללים קידוד או שחזור אנרגיה.

הבנת הכימיה המתבססת על כל אמצעי נשאר המפתח להתקדמות זו בלבד על ידי קישור למבנה פני השטח, קינטיקה התגובה וההובלת המונים יכולים מהנדסים עיצוב מסננים כי הם בו זמנית יותר סלקטיבית, ארוך טווח, וקל יותר לשמור. כמו סטנדרטים גלובליים עבור מים ואיכות אוויר להיות נוקשה יותר, היכולת לרתום ידע זה בקושי ייפגשו מתקנים בודדים כי הם באמת מספקים סביבות נקיות עם טביעת רגל מינימלית בעתיד, גם לראות שילוב כימי יותר מאשר שילוב יעיל יותר מאשר שילוב יעיל יותר מאשר שילוב של תהליכים היברידיים.