مواد شیمیایی تنظیم کننده های pH یکی از مواد بسیار مهم در صنایع مختلف می باشند. این ترکیبات معمولا اسید و باز هایی هستند که در صنایع مختلف از جمله تصفیه آب، صنایع غذایی، دارویی و… استفاده می شوند.
خنثی سازی فرآیندی متداول در تصفیه آب و تصفیه فاضلاب است. اگر آب و فاضلاب ورودی به سیستم خورندگی داشته باشد، فرآیند خنثی سازی در اولین مرحله تصفیه انجام می گیرد. همچنین از فرآیند خنثی سازی به عنوان یک فرآیند جانبی و پیش نیاز برای فرآیندهای تصفیه از جمله انعقاد و لخته سازی و سختی گیری از آب که بازده عملکرد آن ها وابستگی زیادی به pH دارند استفاده می شود
چگونه یک اسید یا باز را خنثی می کنند؟
برای خنثی سازی اسید معمولا از یک باز و بالعکس استفاده می شود. گروه های H+ موجود در ترکیبات اسیدی با OH– در ترکیب بازی واکنش می دهد و آب تشکیل می دهد. در نتیجه آن تعداد پروتون ها و هیدروکسیدها کاهش یافته و pH محیط تغییر می کند. معادله کلی واکنش اسید- باز به صورت زیر است:
HA + BOH → AB + H2O
در این واکنش HA نشان دهنده اسید و BOH نشانگر باز است AB نمک حاصل از این دو جز بوده که به صورت محلول در آب تشکیل شده است. متداول ترین مواد شیمیایی مورد استفاده برای خنثی سازی اسیدها و بازها، سدیم هیدروکسید (50%) و اسید سولفوریک (98%) است. برای بالا بردن pH مایعات اسیدی می توان از کربنات سدیم، هیدروکسید آمونیوم، هیدروکسید کلسیم یا منیزیم استفاده کرد. برای کاهش pH مایعات بازی نیز می توان از مواد شیمیایی مانند اسید فسفریک، اسید کلریدریک، اسید نیتریک یا دی اکسید کربن استفاده کرد. تمامی این مواد از حمله مواد موثر در تنظیم pH هستند.
روش تعیین pH
مقدار اسیدیته هر محلول آبی را می توان با استفاده pH متر تعیین کرد. مقدار pH بین صفر تا 14 است. اعداد پایین تر از 7 اسیدی بودن محیط را نشان می دهند و هر عدد کامل زیر 7، 10 برابر اسیدی تر از عدد قبلی است.
دو روش کلی برای تعیین مقدار اسیدیته محلول آب وجود دارد:
- روش تقریبی: تغییر رنگ و مقایسه آن با پالت استاندارد رنگ ها. برای این کار از کاغذ لیتموس، کاغذ pH متر و شناساگرهای اسید و باز استفاده می شود.
- روش دقیق: با استفاده از دستگاه pH متر مقدار دقیق pH تعیین می شود.
از مواد شیمیایی تنظیم کننده های pH در چه جاهایی استفاده می شود؟
کاربرد تنظیم pH در صنایع مختلف یک امر ضروری است. از نمونه های مهم خنثی سازی و تنظیم اسیدیته می توان به خنثی سازی صنعتی آب آشامیدنی و تصفیه فاضلاب اشاره کرد. همچنین در صنایع غذایی به منظور افزایش ماندگاری مواد غذایی و بهبود طعم و مزه آن ها کاربرد دارد. در صنایع دارویی نیز از این روش به منظور تنظیم میزان pH داروها متناسب با اسیدیته محیط داخلی بدن و همچنین برای عملکرد بهتر مواد دارویی استفاده می شود.
اسیدهای متداول برای تنظیم pH
هیدروکلریک اسید
| یکی از پرکاربردترین و معمول ترین اسیدها، HCl است. اسید سولفوریک این ترکیب دومین اسید مورد استفاده در صنعت است. هیدروکلریک اسید ارزان و موثر است غلظت بیش از 10 درصد بخاری که اسید کلریدریک ایجاد می کند در ترکیب با رطوبت بسیار خورنده است. این گاز می تواند باعث خوردگی فلزاتی مانند سیم های فولادی ضد زنگ و مس شود. از این ترکیب در تنظیم اسیدیته محلول ها استفاده می شود. |
اسید نیتریک | اسید نیتریک اسید گرانتری از اسید کلریدریک و اسید سولفوریک است. این ترکیب نیز مانند HCl می تواند با رطوبت ترکیب شود و گاز خورنده ایجاد می شود. همچنین یک اکسید کننده است و در صورت وجود مواد آلی نباید از آن استفاده شود. در طی واکنش خنثی سازی نیز گرما آزاد می شود. |
اسید فسفریک | اسید فسفریک یک اسید بی خطر است و اغلب در صنایع تولید مواد شوینده و کودهای کشاورزی استفاده می شود. ارزان است اما به اندازه HCl مقرون به صرفه نیست. به علت اینکه اسید ضعیف تری است، گازهای آزاد شده آن سمیت زیادی ندارد. واکنش خنثی سازی آن بسیار کند است و برای خنثی سازی در صنایع غذایی استفاده می شود |
اسید سولفوریک | این ترکیب جزو کم هزینه ترین و متداول ترین مواد شیمیایی خنثی کننده است. غلظت معمول آن بین 25 تا 96 درصد است. از همه اسیدها قوی تر بوده و از نیتریک اسید وهیدروکلریک اسید ایمن تر و کاربرد آن آسان تر است. واکنش خنثی سازی آن بسیار گرمازا است. |
بازهای متداول برای تنظیم سازی pH
سدیم هیدروکسید | یکی از متداول ترین بازها برای انجام عمل خنثی سازی است. این ترکیب ارزان قیمت و ایمن است و حمل و نقل آن نیز آسان است.کاملا در آب محلول است و در نتیجه واکنش خنثی سازی نمک سدیم تولید می کند. |
آمونیوم هیدروکسید | آمونیوم هیدروکسید یکی دیگر از بازهایی است که به منظور تنظیم pH مورد استفاده قرار می گیرد. اما استفاده از آن خیلی متداول نیست. چرا که استفاده از آن دشوار است، می تواند گازهای خورنده و خطرناک ایجاد کند. در صورت استفاده از آن باید در مخازن با تهویه مناسب نگهداری شود. |
کلسیم هیدروکسید | یکی دیگر موادی که برای تنظیم اسیدیته استفاده می شود کلسیم هیدروکسید است. از آن به صورت دوغاب استفاده می شود و به همین علت استفاده از آن دشوارتر از بازهای دیگر است. میزان حلالیت آن در آب کم است. با این حال، زمان واکنش آن کمتر از هیدروکسید منیزیم است و از نظر اقتصادی نیز می تواند مقرون به صرفه باشد زیرا بسیار ارزان تر از NaOH است. |
تنظیم کننده pH آب
اسید سولفوریک و هیدروکسید سدیم (سودآور) بیشتر برای خنثی کردن اسیدها یا بازها در آب استفاده می شوند. برای تنظیم pH باید احتیاط کرد زیرا این واکنش، یک واکنش گرمازا بوده ایجاد گرمای فراوان می کند. محلول های خنثی کننده با درصد اسیدی یا باز بالا می توانند گرمای قابل توجهی تولید کنند و بنابراین باید در طراحی و مواد مورد توجه قرار گیرند. متأسفانه در دنیای pH هیچ استانداردی وجود ندارد که بتوان از آن برای تنظیم pH در تصفیه آب استفاده کرد. تنظیم کننده های pH برای تصفیه آب شامل بسیاری از مواد شیمیایی است که مزایا و معایب متفاوتی دارند. از این تنظیم کننده به منظور تنظیم pH آب استخر، آب آشامیدنی، فاضلاب، صنعتی و… استفاده می شود.
