رزین تبادل یونی یک انتخاب کارآمد و کم هزینه است که برای خالص سازی، تصفیه و جداسازی انواع محلول‌های حاوی یون استفاده می‌شود. رزین تبادل یونی در صنایع مختلفی کاربرد دارد. یکی از مهم‌ترین آن‌ها کاربرد رزین تبادل یونی در صنایع شیمیایی است. اما رزین تبادل یونی چیست و در صنایع شیمیایی چه کاربردی دارد؟ در این مقاله می‌خوانیم.
رزین تبادل یونی چیست؟
رزین تبادل یونی یا پلیمر تبادل یونی یک رزین یا پلیمر است که به عنوان بستری برای تبادل یونی عمل می‌کند.
رزین تبادل یونی یونی یک ماتریس نامحلول به شکل مهره‌هایی میکرو ( با اندازه شعاع ۰.۵ تا ۰.۲۵ میلی‌‌متر) زرد یا سفید است.
پلیمرهای رزینی به طور گسترده در جداسازی، خالص‌سازی و ضدعفونی استفاده می‌شود.
متداول‌ترین مثال‌های موارد استفاده از پلیمر تبادل یونی تصفیه آب و سختی زدایی آب است.
در بسیاری از موارد رزین‌های تبادل یونی در این فرآیندها به عنوان جایگزین انعطاف پذیرتری برای زئولیت‌های طبیعی یا مصنوعی معرفی شدند.
در این کاربرد، رزین های تبادل یونی استفاده می‌شوند تا منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت را با یون های سدیم جایگزین کنند.
وقتی رزین تازه است، حاوی یون‌های سدیم در مکان‌های فعال‌اش است.
وقتی در معرض یک محلول حاوی یون‌های منیزیم و کلسیم ( اما تراکم پایینی از یون های سدیم) قرار می‌گیرد، یون های منیزیم و کلسیم از محلول به سمت مکان‌های فعال رزین حرکت می‌کنند و آنجا با یون‌های سدیم معاوضه می‌شوند.
این فرآیند با تراکم بسیار کم‌تری از منیزیم و کلسیم که در ابتدا در محلول وجود داشت به موازنه می‌رسد.
این رزین می‌تواند با شسته شدن توسط یک محلول با تراکم بالای یون‌های سدیم احیا شود.
کاربرد رزین تبادل یونی در تصفیه آب:
در این کاربرد پلیمرهای تبادل یونی استفاده می‌شوند تا یون فلزات سمی و خطرناک مثل سرب، کادمیوم و مس از محلول حذف کنند. و آن ها را با یون‌های بی ضرری مثل سدیم و پتاسیم جایگزین می‌کند.
بعضی از این رزین‌ها حتی کلر یا آلودگی‌های آلی را هم از آب حذف می‌کنند. این عمل با اضافه کردن یک فیلتر کربن فعال انجام می‌شود.
پلیمرهای رزین در تولید صنایع داروسازی استفاده می‌شوند. نه تنها به عنوان کاتالیزور در بعضی واکنش‌های شیمیایی بلکه برای خالص سازی و مجزا کردن مواد موثر داروسازی استفاده می‌شود.
سه رزین تبادل یونی، سدیم پلی استایرن سولفونات، کولیستیپول و کلسترامین به عنوان مواد موثر به کار می‌روند.
رزین‌های تبادل یونی همینطور به عنوان ماده جانبی در فرمالسیون‌های داروسازی مثل قرص‌ها، کپسول‌ها و سوسپانسیون‌ها استفاده می‌شوند.
فرآیندهای تبادل یونی برای جداسازی و خالص سازی فلزات به کار می‌روند.
از جمله جداسازی اورانیوم از پلوتونیوم و اکتنید های دیگر شامل توریم، لانتان، نئودیمیم، ایتریم، ساماریم و لوتتیم از یکدیگر و از لانتانیدهای دیگر.
دو سری عنصرهای خاکی کمیاب وجود دارند. لانتانیدها و اکتنیدها.
اعضای هر سری خواص بسیار مشابه فیزیکی و شیمیایی دارند.
برای سال‌های بسیار زیادی تبادل یونی تنها روش جداسازی خاک های کمیاب در مقیاس‌های بزرگ بود.
این کاربرد در دهه چهل میلادی توسط فرانک اسپدینگ ابدا شد.
مهر‌های تبادل یونی یک جز اساسی در لیچینگ در موقعیت استخراج اورانیوم است. لیچینگ در موقعیت شامل استخراج آب حاوی اورانیوم از درون چاه‌های عمیق است.
محلول اورانیوم استخراج شده سپس درون مهره‌های رزین فیلتر می‌شود.
طی یک فرایند تبادل یونی، مهره‌های رزین اورانیوم را از محلول جذب می‌کنند.
این رزین‌های غنی از اورانیوم سپس به نیروگاه‌ها منقل می‌شوند. و بعد از جداسازی U3O8 از مهره‌های رزین کیک زرد تولید می‌شود.
این مهره‌های رزین می‌توانند دوباره استفاده شوند.
فرآیند تبادل یونی همینطور برای جداسازی دیگر عناصر شیمیایی از جمله زیرکونیم و هافنیوم برای صنایع هسته بسیار مهم هستند.
رزین‌های تبادل یونی به عنوان کاتالیزور در سنتز آلی استفاده می‌شوند.
برای نمونه استر کردن و آبکافت. پلیمرهای تبادل یونی گروه‌های اسیدی یا بازی دارند که می‌تواند باعث تسهیل واکنش‌های کاتالیز شده اسیدی/بازی شود. این عمل با فراهم کردن مکان‌های اسیدی یا بازی در یک بستر جامد ناهمگن که کاتالیزوز را از مواد دیگر جدا می‌کند انجام می‌شود.
