رزین تبادل یونی در حال حاضر پرطرفدارترین بستر تبادل یونی در بازار است. یکی از عمده‌ترین عوامل آن علاوه بر کم هزینه بودن قابلیت احیا شدن رزین است که باعث می‌شود به دفعات قابل استفاده باشد. مهم‌‌ترین استفاده رزین تبادل یونی در تصفیه آب است. اما این رزین در صنایع مختلف، داروسازی و ... کاربرد دارد. یکی از کاربردهای آن که به تازگی مورد توجه بیشتری قرار گرفته کاربردهای رزین تبادل یونی در کشاورزی است. راجع به رزین تبادل یونی و کاربردهای آن در کشاورزی در این مقاله می‌خوانیم.
تبادل یونی چیست؟
تبادل یونی اصولا فرآیندی را توصیف می‌کند که در آن یک محلول آبی توسط پلیمر تبادل یونی تصفیه می‌شود.
به طور کلی تبادل یونی شامل رنج وسیعی از فرآیندهایی می‌شود که یون‌ها بین دو الکترولیت تبادل می‌شوند.
به غیر از استفاده آن در تصفیه آب، این تکنیک به طور گسترده برای تصفیه و جداسازی مواد شیمیایی مهم صنعتی و دارویی استفاده می‌شود.
تبادل کننده‌های یونی معمول شامل، رزین تبادل یونی، زئولیت‌ها، مونتموریونیت‌ها، رس، خاک و گیاه‌خاک هستند.
تبادل کننده‌های یونی یا کاتیونی هستند یا آنیونی.
همچین تبادل کننده‌های دوخصلتی وجود دارند که می‌توانند هم کاتیون و هم آنیون را هم زمان تبادل کنند.
فرآیند تبادل یونی توسط شیمیدان بزرگ سوئدی، سوانته آرنیوس کسی که تئوری یونی را مطرح کرد شناخته شد.
رزین یا پلیمر تبادل یونی یکی از انواع تبادل کننده‌های یون است، که در آن از انواع مختلفی پلیمرهای آلی قهوه‌ای رنگ و به شکل مهره‌های بسیار کوچک به عنوان واسطه‌ای برای تبادل یون‌ها استفاده می‌شود.
اکثر رزین‌های تبادل یونی عادی بر پایه پلی‌استایرن‌های اتصال عرضی‌اند.
نکته: علاوه بر شکل مهره‌ای، رزین‌های تبادل یونی به شکل غشاء هم تولید می‌شوند.
این غشاهای تبادل یونی از رزین‌هایی که به طور عرضی متصلند شکل گرفتند.یون‌ها از این غشاء‌ها عبور می‌کند اما آب نه. از آن‌ها در الکترودیالیز استفاده می‌شود.
رزین‌های آنیونی و رزین‌های کاتیونی پرکاربردترین رزین‌های استفاده شده در فرانید تبادل یونی هستند.
رزین‌های آنیونی یون‌هایی با بار منفی را جذب می‌کند و یونهای کاتیونی یون‌هایی با بار مثبت را جذب می‌کنند.
رزین‌های آنیونی ممکن است قوی یا ضعیف بازی باشند.
رزین‌های آنیونی بازی ضعیف می‌توانند بار منفی خود را در یک رنج وسیع pH حفظ کنند. اما رزین‌های آنیونی قوی در pH های بالا خنثی سازی می‌شوند.
این روش تبادل کاتیونی سختی آب را از بین می‌برد ولی آب را مقداری اسیدی می‌کند. که در مراحل بعدی تصفیه اب توسط عبور آب اسیدی از یک فرآیند آنیونی از بین می‌رود.
اکثرا این رزین‌ها، رزین کوپلیمر استایرن-دیوینیل بنزن هستند که دارای کاتیون آمونیوم نوع چهارم به یک بخش صحیح ماتریس رزین هستند.
سختی گیری آب پرطرفدار ترین کاربرد رزین تبادل یونی است. آب سخت، آبی است که میزان زیادی نمک‌های کلسیم و منیزیم دارد.
رزین در مکان‌های فعالش یونهای سدیم دارد که این منیزیم و کلسیم و را جایگزین می‌کنند.
بعد از سختی گیری، رزین با محلول‌های اشباع از یون‌ها سدیم مثل سدیم کلراید احیا می‌شود.
یونهای سدیم به مکان‌های فعال روی رزین باز می‌گردند و دوباره برای سختی گیری آب استفاده می‌شوند.
در این روش رزین‌های تبادل یونی استفاده می‌شوند تا فلزات سنگین سمی مثل کادمیوم را از محلول حذف کنند.
رزین‌های تبادل یونی به طور مرتب برای خالص سازی عناصری مثل اورانیم از پلوتونیم استفاده می‌شوند.
برای سال‌های متوالی از رزین تبادل یونی استفاده شده است اما استخراج با حلال هم نقش بزرگی در جداسازی لانتانیدها و آکتنیدها در گروه عناصر داشته است.
تبادل یونی همچین کاربرد اساسی در آماده سازی سوخت هسته‌ای و استفاده دوباره فاضلاب رادیواکتیو دارد.
رزین تبادل یونی همچین در داروسازی و تولید آبمیوه‌ها هم به کار می‌رود.
استفاده از رزین‌های تبادل یونی مصنوعی برای بازرسی فراهمی زیستی در خاک و سیستم‌های رسوب در طول سال‌ها توجه دانشمندان را جذب کرده.
اولین گزارش استفاده از آن در سال ۸ سال بعد از تولید رزین در دهه سی میلادی بوده است.
۴۰۰ مقاله علمی راجع به استفاده رزین‌ها در مطالعات خاک و زیست محیطی منتشر شده است. این مطالعات باعث کاربردهای گسترده‌تری از آن در ارزیابی باروی خاک و توصیه‌های کودی شده است.
رزین‌های تبادل یونی می‌توانند برای اندازه گیری مقدار نسبی یونهای مغذی موجود در گیاهان در خاک و سرعت رهاسازی آن‌ها از مواد آلی خاک را اندازه بگیرند.
نوارهای رزین تبادل یونی همچین برای تعیین موجود بودن نیتروژن در خاک و توضیع فضایی هم به کار می‌روند.
غشاهای تبادل آنیونی جاذب یونهای نیترات -NO3 و غشاهای تبادل کاتیونی جاذب یونهای آمونیوم‌ها +NH4 هستند.
جای گذاری مستقیم نوارهای رزین تبادل یونی در خاک یک روش ساده و موثر است.
تا میزان نسبی سرعت رهاسازی آمونیوم و نیترات توسط کانی‌سازی بین خاک‌های مختلف تخمين زده شود.
