به منظور کاهش و یا حذف کامل املاح آب از جمله یون های سختی چون: کلسیم، منیزیم، کاتیون های فلزات سنگینی مانند آهن و منگنز، نیترات، سولفات، کلر و فلوراید و تولید آب بدون یون و خالص از فرآیند تبادل یونی استفاده می شود.
رزینهای تعویض یونی
جامدات نامحلول در آب می‌باشند که توسط تبادل یونی می‌توانند جهت جذب کاتیون‌ها و آنیون‌ها به کار گرفته شوند.
پدیده تعویض یون
پدیده تعویض یون، ترکیبی از پدیده جذب سطحی و فرایند نفوذ می‌باشد و سرعت واکنش را عملیات انتقال جرم که یون‌ها را از سیال به سطح رزین و یا از سطح رزین به سیال می‌رساند مشخص می‌کند.
در واقع این پدیده یک تعادل شیمیایی می‌باشد که از اصول حاکم بر تعادل‌ها پیروی می‌کند که این پدیده به دلیل وجود نیروهای الکتروستاتیک می‌باشد و قدرت تبادل به این نیروها بستگی دارد که میزان آن بر اساس محاسبات استوکیومتری نمایش داده می‌شود و به شیوه‌ای می‌باشد که مواد قبل و بعد از تبادل یون، هردو از نظر الکتریکی خنثی خواهند بود.
مزایای رزینهای تبادل یونی
- ظرفیت و بازدهی بالا برای حذف یون‌هایی با ظرفیت پایین
- قابل استفاده در واحدهای کوچک و بزرگ
- در محدوده گسترده‌ای از دما پایدار هستند
- به راحتی بازیافت می‌شوند
- انجام فرایندهای برگشت پذیر
کاربرد رزینهای تبادل یونی
از این فرآیند در سنتز مواد شیمیایی، تحقیقات درمانی، صنایع غذایی، معادن، کشاورزی و بسیاری از موارد دیگر استفاده می شود.
رزینهای کاتیونی
رزین های حاوی کاتیون های قابل تبادل، رزین کاتیونی نامیده می‌شوند، که به دو دسته رزینهای کاتیونی قوی و رزینهای کاتیونی ضعیف تقسیم می‌شوند. اصلی ترین کاربرد رزینهای کاتیونی از بین بردن سختی آب به واسطه‌ی جایگزین کردن سدیم و حذف یونهای منیزیم و کلسیم موجود در آب می‌باشد.
ترتیب گزینش نسبی کاتیون ها برای جذب به وسیله تعویض کننده کاتیونی قوی به شکل زیر می‌باشد:
Th4+>Fe3+>Fe2+>Ca2+>Mg+>NH4+>K+>H
رزینهای کاتیونی بر اثر واکنش فنل با و یا مشتقات فنل با فرمالدئید و سپس سولفونه کردن آنها به کمک سولفوریک اسید به حالت توده‌ای تهیه شدند که آنها را خرد و غربال می‌کردند و مورد استفاده قرار می‌دادند.
این گونه رزین‌ها نیز از سولفونه کردن پلی استیرن تهیه گردیدند.
رزینهای کاتیونی قوی
هرگاه در پلی‌مریزاسیون استایرن، مقداری دی وینیل بنزن افزوده شود، پلیمری با ساختار شبکه‌ای تولید می‌شود که در اثر سولفونه کردن آن، رزین کاتیونی قوی تولید می‌شود که این رزین‌ها قابلیت جذب تمامی کاتیون های موجود در محلول و آب را دارا می‌باشند.
با تغییر میزان دی وینیل بنزن درجه cross-linked و در نتیجه تخلخل و پایداری رزین کنترل می‌شود. افزایش پیوندهای متقاطع موجب کاهش تخلخل شده و مقاومت دمایی رزین افزایش می‌یابد.
پرمصرف ترین رزین کاتیونی در صنعت آب و فاضلاب، رزین کاتیونی سدیمی می باشد که جهت سختی گیری آب و حذف یون های کلسیم و منیزیم مورد استفاده قرار می‌گیرند. این رزین‌ها می‌توانند با تمامی کاتیون ها تبادل یونی داشته باشند و ظرفیت تبادل یونی آن وابسته به pH نمی باشد.
واکنش تبادل در رزین کاتیونی اسیدی قوی به صورت زیر است:
احیاء رزینهای کاتیونی قوی:
برای احیاء این نوع رزین‌ها کافی است که رزین را با آب نمک شستشو دهیم که در طی آن یونهای منیزیم و کلسیم محبوس در شبکه رزین جایگزین سدیم نمک می‌شوند. در پایان کار احیاء، رزین را با آب تازه می‌شویند تا نمک اضافی حذف شده و دستگاه آماده سرویس گردد.
2- رزینهای کاتیونی ضعیف
در صورتی‌که به جای گروه سولفونیک اسید از گروه کربوکسیلیک اسید استفاده شود، رزی‌های کاتیونی ضعیف تولید می‌شوند. این گروه مانند اسیدهای آلی ضعیف در محیط اسید یونیزه نمی شوند اما در محیط قلیایی یونیزه شده و یون متحرک خود را می توانند تعویض کنند.
البته روش ساده‌تری هم برای تهیه‌ی این رزین‌ها وجود دارد که آن هم ترکیب متاکریلیک اسید با دی وینیل بنزن می‌باشد.
این رزین‌ها قادر به جذب کاتیون های مرتبط با قلیاییت آب می باشند و همه کاتیون های موجود در محلول را نمی توانند جذب کنند بنابراین می‌توان این رزین‌ها را در کنار رزینهای کاتیونی قوی مصرف نمود تا بازدهیه بالاتری در حذف حاصل شود.
رزین های کاتیونی ضعیف تمایل بالایی نسبت به یون های هیدروژن دارند و در نتیجه احیای آنها به سادگی با استفاده از مقدار استوکیومتری از اسید صورت می گیرد.
واکنش تبادل در رزین کاتیونی اسیدی قوی به صورت زیر است:
معمولا ظرفیت رزینهای کاتیونی ضعیف بیشتر از ظرفیت رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد که این میزان گاهی حتی به دو برابر هم می‌رسد در حالی که بازدهیه آنها بیشتر از رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد و درنتیجه در احیاهای مکرر پساب کمتری را تولید خواهند کرد.
احیاء رزینهای کاتیونی ضعیف:
برای احیای رزین کاتیونی ضعیف می توان از هر نوع اسیدی استفاده کرد.
رزینهای آنیونی
رزینهای آنیونی به جای گروه‌های اسید دارای گروه‌های بازی می‌باشند که از آمونیاک و یا یک آمین تشکیل شده‌اند، البته برای داشتن شرایط بهتر می‌توان از ترکیبات دیگری مانند گروه‌های کلرو متیل نیز استفاده کردو سپس واکنش با آمونیاک و یا آمین، تکمیل شود.
- در اثر واکنش با آمونیاک رزین آنیونی آمین نوع اول تولید می‌شود.
- در اثر ترکب با یک آمین نوع اول رزین آنیونی آمین نوع دوم تولید می‌شود.
- در اثر واکنش با یک آمین نوع دوم رزین آنیونی آمین نوع سوم تولید می‌شود.
- در اثر واکنش با یک آمین نوع سوم رزین آنیونی آمونیومی تولید می‌شود.
رزینهای آنیونی قوی
رزینهای آمونیومی از نوع رزینهای آنیونی قوی می‌باشند و توانایی تبادل یون با همه‌ی آنیون‌ها، حتی بنیان کربنیک اسید و بنیان سیلیسیک اسید را دارا می‌باشند که در هر pHای از آب،عمل می‌کنند.
احیاء رزینهای آنیونی قوی:
احیای رزینهای آنیونی قوی با سدیم هیدروکسید انجام می‌شود به این صورت که آنها را در این محلول شستشو می‌دهند. این رزین ها ظرفیت محدود تری نسبت به رزین های بازی ضعیف دارند و سریع تر به احیاء احتیاج پیدا می‌کنند.
احیاء رزینهای آنیونی قوی
رزینهای آنیونی ضعیف
این نوع رزین ها همانند رزینهای کاتیونی ضعیف عمل می کنند که این رزین‌ها را اغلب جاذب اسید هم می‌نامند. رزینهای دارای گروه‌های بازی آمین نوع اول، دوم و سوم از نوع ضعیف می‌باشند که معمولا از ترکیبات فنل – فرم الدهید یا اپوکسی به جای پلی استایرن – دی اتیل بنزن ساخته شده اند و توانایی تبادل یون با آنیون‌های نمک‌ها مانند Cl و یا اسیدهای قوی مانند SO4 را دارا می‌باشند ولی با آنیون‌های نمک‌ها و یا اسیدهای ضعیف مانند HSiO3,HCO3، تبادل یون نمی‌کنند.
رزینهای آنیونی ضعیف
یکی از معایب رزین های آنیونی ضعیف این است که ظرفیت تبادل یونی آنها به دبی آب بستگی دارد و هرچه دبی آب بیشتر می شود ظرفیت آنها کمتر می شود و دیگر این که این نوع رزین در pH بیش از 6، آنیون ها را به راحتی تعویض نمی کند.
احیاء رزینهای آنیونی ضعیف:
به طور معمول، رزین‌هتی آنیونی ضعیف با سدیم کربنات یا سود سوز آور احیا می‌شوند ولی احیای آنها با بیشتر قلیاها نیز امکان پذیر می‌باشد.
نقد و بررسی‌ها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.