הפרדה בחילוף יונים

החלפת יונים היא טכנולוגיה רבת עוצמה בתחום הכימיה, אשר הלכה והתפתחה במהלך השנים, ומיושמת ומשולבת בהצלחה בתחומים רבים, בהם:

• טיפול במים - ריכוך, דה-מינרליזציה, שיקום מי תהום והפקת מי שתייה, טיהור מי מלח, טיפול בשפכים ועוד.
• מטלורגיה - הסרת עקבות של מתכות כבדות והשבה של מתכות יקרות מזרמים הידרו-מטלורגיים, השבת אורניום וזהב ועוד.
• תעשיית המזון – ריכוך ודה-מינרליזציה של מיצי סוכר ומי גבינה, הסרת צבע מסירופים, טיפול בגלוקוז, טיהור חומצת לימון ועוד.
• תעשיות כימיות ופרמצבטיות- טיהור מי חמצן, ייצור כלור, מיצוי אנטיביוטיקה, מיסוך טעם, טיהור חומצות אורגניות ועוד.
• אלקטרוניקה - טיפול בפסולת אלקטרונית, טיהור תמיסות איכול ועוד.
• כרומטוגרפיה – הפרדת חד-סוכרים, הפרדת איזומרים ועוד.

במקרים רבים, טכנולוגית חילוף היונים מחליפה טכנולוגיות הפרדה וטיהור אחרות בשל יתרונותיה הרבים. בעוד שתהליכים כמו מיצוי אורגני כרוכים בעלויות הון ותפעול משמעותיות, תופסים שטח גדול ודורשים כמויות משמעותיות של מי שטיפה וממסים דליקים שעלולים לגרום לבעיות סביבתיות ובטיחותיות חמורות, טכנולוגית חילוף היונים מציעה לרוב עומס סביבתי והשקעה כספית נמוכים יותר, כושר הפרדה טוב יותר בין החומרים ומסוגלת לספק תהליכי הפרדה וטיהור ישירים ויעילים יותר בהשוואה לטכנולוגיות המבוססות על שיקוע או מיצוי בממס.

העיקרון בכל תהליך חילוף יונים הוא החלפה של יונים או קומפלקסים שונים על מצע שרף/מספח, אשר מונעת על ידי הזיקה (הסלקטיביות) השונה של השרף לכל אחד מהצורונים. שרף טיפוסי בנוי ממטריצה פולימרית בלתי מסיסה במים הקשורה בקשרי צילוב ומהווה את השלד של השרף. אל שלד זה קשורות הקבוצות הפונקציונליות השונות הנותנות לשרף את הפעילות שלו.

היונים המוחלפים מהתמיסה המטופלת נקשרים (נספחים כימית) לאתרי הקבוצות הפונקציונליות של השרף אשר עשויות להשתנות משרף לשרף ומבדילות באופן זה בין השרפים. בהתאם לזאת, קיימים סוגים שונים של שרפים אשר האופייניים שבהם נחלקים ל: שרפים קטיוניים חומציים חזקים/חלשים (SAC/WAC) האחראים על איסוף קטיונים ושרפים אניונים בסיסיים חזקים/חלשים (SBA/WBA) האחראים על איסוף אניונים. הקישור הכימי לשרף יכול להיות מסוג יוני או קוולנטי (ליגנד), במקרה של שרפים צובתים (Chelating resins). עבור יישומים מסוימים, נעשה שימוש במספחים מינרליים (למשל זאוליטים) המשמשים לספיחה פיזית של יונים במנגנון של סינון מולקולרי (ion-sieve).

לתמ"י ניסיון מעשי ומומחיות רבה בתחום של חילוף יונים.

ארסנל היכולות של תמ"י כולל לימוד ופיתוח של תהליכי הפרדה, זיהוי והתאמה של שרף מתאים לתהליך ספציפי, זיהוי קבועי סלקטיביות, קביעת הקיבולת המעשית של שרף וחיזוי תוצאות צפויות בתהליכים מנתיים או רציפים. ביכולתנו לגמלן תהליך חילוף יונים מרעיון, דרך מערכת קולונות מעבדתית ועד למערכת פיילוט ולספק את כל החבילה הנדרשת לתכנון מפעל מבוסס תהליכי חילוף יונים בקנה מידה מלא. יש לנו מתודולוגיה מוכחת לבדיקה, פיתוח וגמלון תהליכי חילוף יונים באמצעות עמודות סטטיות או מערכת פיילוט רציפה (IXSEP), באמצעותה הלקוח מקבל את כל פרמטרי התכנון הנחוצים (יעילות תהליכית, פרודוקטיביות, ריכוזים ועוד) לתכנון מתקן תעשייתי.

היכולות שלנו כוללות:

• תכנון תרשים בלוקים ראשוני לתהליכי הפרדה/טיהור מבוססי חילוף יונים – בדיקת רעיון הלקוח ותרגומו לתהליך ממשי.
• בחירת השרפים המתאימים ביותר לתהליך ספציפי: שימוש בגישה שיש ברשותנו למאגרי מידע מקיפים ורחבים של ספרות כימית ועל בסיס הניסיון הרב שצברנו.
• בדיקת מעבדתית להיתכנות התהליך:
  
  - ביצוע בדיקות השוואה בין שרפים נבחרים.
  
  - קביעת פרמטרים חשובים, כגון: קינטיקה של התהליך, קיבולת עבודה של השרפים, סלקטיביות ליוני מטרה ועוד.
  
  - בדיקת השרפים המתאימים ביותר בעמודות קטנות (עד קוטר של 25 מ"מ ו-300 מ"ל).
  
  
• גמלון התהליך לקנה מידה של פיילוט:
  
  - מקרה של תהליך מנתי – ביצוע ניסויים בעמודה בנפח של עד 35 ליטרים.
  
  - במקרה של תהליך רציף – ביצוע ניסויים במערכת קרוסלת IXSEP המורכבת מעד 24 עמודות.
  
  
• הלקוח מקבל את הנתונים הטכניים הנדרשים לתכנון מפעל בקנה מידה מלא:
  
  - פרודוקטיביות, יעילות וקיבולת שרף.
  
  - צריכת חומרי גלם, הרכבי תוצר ותוצרי לוואי וצריכת מים.
  
  - תנאי הפעלה - קצבי זרימה, תצורת מערכת, זמני מחזור.