رزین های تبادل یونی در تصفیه آب چگونه کار می کنند؟

رزین های تبادل یونی چیست؟

رزین های تبادل یونی مواد مصنوعی هستند که معمولاً کره هایی با قطر 0.5-1 میلی متر هستند. رزین ها این توانایی را دارند که در تماس با یک محلول آبی، ذرات محلول را که دارای بار مثبت یا منفی (یون) هستند، به طور انتخابی حذف کنند، آنها را به طور موقت در ترکیب شیمیایی کنار هم نگه دارند و دوباره آنها را در مواجهه با محلول قوی احیا کننده آزاد کنند. .

عمل تبادل یونی یک واکنش برگشت پذیر است. اگر رزین را با R مشخص کنیم، می توانیم بنویسیم:

[R]A + B ←→ [R]B + A

اگرچه رزین تصفیه آب برخی از یون های A را در مقایسه با سایر یون هایB به عنوان مرجع می گیرد، از آنجایی که یک واکنش برگشت پذیر است، می توانیم این روند را با افزایش غلظت B به خوبی بالاتر از A معکوس کنیم. این اساس بازسازی رزین است.

رزین تبادل یونی

خواص فرآیند تبادل یونی

خواصی که بر فرآیند تبادل یونی حاکم است و مشخصه های اصلی آن را تعیین می کند عبارتند از:

رزین ها به صورت انتخابی عمل می کنند، به طوری که می توانند یک یون را بر دیگری ترجیح دهند.

رزین‌ها مانند هر الکترولیت دیگری رفتار می‌کنند، با این ویژگی که تمام گروه‌های واکنش‌پذیر به پلیمر نامحلول متصل هستند که ماتریکس رزین را تشکیل می‌دهد.

واکنش تبادل یونی برگشت پذیر است، یعنی می تواند در هر دو جهت ادامه یابد.

خنثی بودن الکتریکی در واکنش حفظ می شود. یک یون ساده با یون ساده دیگری مبادله می شود. مثلا:

[R]H+ + Na+ + Cl- ←→ [R]Na+ + H+ + Cl-

رزین‌های پلیمری مصنوعی در فرآیندهایی مانند نرم‌کردن و املاح‌زدایی آب و سایر فرآیندهای خاص مانند تصفیه برخی مواد شیمیایی، املاح‌زدایی شربت‌های قند و غیره دارای مزایای آشکاری هستند.

رزین های تبادل یونی در تصفیه آب چگونه کار می کنند؟

فرآیند تبادل بین جامد (رزین) و مایع (آب) صورت می گیرد. در طول فرآیند، اجزای کمتر مورد نظر با سایر اجزای مطلوب رد و بدل می شوند.

در فرآیند مبادله یون‌های دارای بار مثبت (کاتیون‌ها) در طی تصفیه آب، کاتیون‌هایی که با رزین تبادل یونی در تماس هستند با سایر کاتیون‌های موجود در سطح رزین، معمولاً سدیمNa+ مبادله می‌شوند.

در فرآیند تبادل یون های بار منفی (آنیون ها) در طی تصفیه آب، آنیون ها با آنیون های دیگر روی سطح رزین، معمولاً کلرید Cl- مبادله می شوند. آلاینده های مختلف - از جمله نیترات ها، فلوریدها، سولفات ها و آرسنیک - می توانند از طریق تبادل آنیون حذف شوند.

انواع رزین تبادل یونی

معمولی ترین رزین های تبادل یونی بر پایه پلی استایرن شبکه ای هستند. رزین های تبادل یونی پس از پلیمریزاسیون معرفی می شوند. همچنین در مورد پلی استایرن، اتصال عرضی با کوپلیمریزاسیون استایرن و درصد کمی از دی وینیل بنزن معرفی می شود. اتصال عرضی ظرفیت تبادل یونی رزین را کاهش می دهد و زمان لازم برای انجام فرآیندهای تبادل یونی را طولانی می کند، اما استحکام رزین را بهبود می بخشد. اندازه ذرات نیز بر پارامترهای رزین تأثیر می گذارد. ذرات کوچکتر سطح بیرونی بزرگتری دارند، اما باعث کاهش فشار بیشتر در فرآیندهای ستون می شوند.

رزین های تبادل یونی علاوه بر اینکه به عنوان مواد مهره مانند تولید می شوند، به صورت غشا نیز تولید می شوند. این غشاهای تبادل یونی که از رزین‌های تبادل یونی با پیوند متقابل بالا ساخته شده‌اند و اجازه عبور یون‌ها را می‌دهند، اما نه آب، برای الکترودیالیز استفاده می‌شوند.

چهار نوع اصلی رزین های تبادل یونی در گروه های عملکردی آنها متفاوت است:

به شدت اسیدی، به طور معمول با گروه های اسید سولفونیک، مانند پلی استایرن سولفونات سدیم یا پلی آمپر.

به شدت پایه، به طور معمول با گروه های آمینه چهارتایی، به عنوان مثال گروه های تری متیل آمونیوم،

اسید ضعیف، معمولا با گروه های کربوکسیلیک اسید.

ضعیف بازی، معمولا دارای گروه های آمینه اولیه، ثانویه و/یا سوم، به عنوان مثال، پلی اتیلن آمین.

رزین های تبادل یونی تخصصی نیز به عنوان رزین های کیلیت (ایمینودی استیک اسید، رزین های مبتنی بر تیوره و بسیاری دیگر) شناخته می شوند.

رزین های آنیونی و رزین های کاتیونی دو رزین پرکاربرد در فرآیند تبادل یونی هستند. در حالی که رزین های آنیونی یون های دارای بار منفی را جذب می کنند، رزین های کاتیونی یون های دارای بار مثبت را جذب می کنند.

مزایای این فرآیند

مزایای فرآیند یونی در تصفیه آب به شرح زیر است:

با نیازهای آبی که غلظت ناخالصی های یونی در آنها نسبتاً کم است، سازگار است.

رزین‌های فعلی ظرفیت تبادل بالایی دارند که امکان دستیابی به فرآیندهای فشرده‌ای که نیاز به سرمایه‌گذاری متوسط ​​دارند را فراهم می‌کند.

رزین ها از نظر شیمیایی پایدار هستند، ماندگاری بالایی دارند و به راحتی بازسازی می شوند.

نصب ها می توانند به صورت خودکار یا دستی متناسب با شرایط خاص باشند.

رزین تصفیه آب را می توان به تنهایی یا با هم برای حذف آلاینده های یونی از آب استفاده کرد.

عملیات تبادل یونی باید همیشه با پیش تصفیه مناسب انجام شود. مواد معلق و مواد کلوئیدی که می توانند رزین ها را کثیف کنند باید حذف شوند و انتشار یون ها کاهش یابد و راندمان کاهش یابد.