رزین کاتیونی

پیش از این که به تعریف جامع و کاملی از رزین کاتیونی و توضیح کاربرد های آن بپردازیم باید بدانید که رزین تبادل یون مثبت را رزین کاتیونی می گویند ولی رزین تبادل یونی چیست؟ آیا به دلیل این که یون های مثبت و منفی موجود در هر ذره ای را جا به جا می کند این نام را گرفته است؟ آیا منظور از تبادل جابه جایی است؟

در سال 1850 پدیده تبادل یون را اولین بار هنگام تعویض برخی از یون های موجود در خاک های زراعی مانند آمونیوم با کلسیم و منیزیم مشاهده کردند، بعد ها کشف شد که برخی از کانی های طبیعی توانایی انجام تبادل یونی را دارند.

با توجه به اهمیت بالای آب برای همه جوامع بدون شک رزین کاتیونی یکی از موادی است که اهمیت ویژه ای به منظور سختی زدایی آب دارد و در صنایع مختلف کشاورزی، پزشکی و داروسازی و بسیاری دیگر از صنایع مربوط به تصفیه آب کاربرد دارد.

زئولیت ها

یکی از کانی های طبیعی، زئولیت ها هستند که از ترکیب دو واژه یونانی جوش و سنگ تشکیل شده است البته این نام گذاری کف کردن سنگ این ماده معدنی بر اثر حرارت می باشد.

زئولیت ها جامدات بلورینی هستند که در صنعت تصفیه آب به عنوان کاتالیزور و جاذب مواد مختلف برای خالص سازی مورد استفاده قرار می گیرد.

به رزین های معدنی زئولیت می گویند و چون با حذف کلسیم و منیزیم آب سدیم آزاد می کنند به آن ها زئولیت سدیمی نیز گویند و برای استفاده از آن ها با وجود این که نیازی به حضور مواد شیمیایی ندارند اثرات جانبی ندارد.

زئولیت های معدنی در صنعت پزشکی کاربرد دارد همچنین در تولید پاک کننده های لباس و در صنعت کشاورزی ماده ای برای گندزدایی، کنترل بو و افزودنی در خوراک دام ها و برای تصفیه آمونیاک آب ها مورد استفاده قرار می گیرند.

یکی از کاربرد های زئولیت ها بدین شکل است که به وسیله زئولیت های طبیعی اصلاح شده (کلینو تپلولیت ها) آمونیاک از هوا حذف می گردد.

رزین کاتیونی چیست؟

رزین یک ترکیب طبیعی و یا حتی مصنوعی است که در اثر واکنش فنول یا مشتقات آن با فرمالدهید و سولفونه کردن آن به کمک سولفوریک اسید رزین کاتیونی تولید می شود.

این رزین ها بلور های ریز بسیار چسبناکی هستند که به حالت توده‌ای تهیه می شوند و پس از خرد کردن و غربال مورد استفاده قرار می گیرند.

رزین کاتیونی در بازار با نام های رزین سختی گیر و رزین کاتیونی پرولایت شناخته می شود زیرا یکی از معروف ترین سازندگان این محصولات، شرکت پرولایت آمریکایی است.

بیشتر محصولات پرولایت به منظور تصفیه آب و برای کم کردن سختی آب هستند و می توانید به راحتی آن ها را تهیه کنید و در تصفیه خانه ها و یا برای سیستم های تاسیساتی صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار دهید.

رزین های کاتیونی با این که چسبناک هستند قابلیت حل شوندگی در آب را ندارند و تحت شرایط ممکن است سخت شوند.

سختی آب چیست و چه ضرر هایی دارد؟

سختی آب اصطلاحی است که برای آب هایی که دارای املاح و آلاینده هایی که بی دلیل وارد آب شده اند استفاده می شود.

منظور از بی دلیل یعنی به عنوان مثال هنگام جاری شدن برخی آب ها از کنار کوه ها و یا آب مصرفی ما که از چاه و یا چشمه ها گرفته می شود در کنار موادی قرار می گیرند که ممکن است وارد آب شوند.

این آب ها معمولا بسیار سخت قابل نوشیدن هستند و برای شستشو نیز با صابون باعث کف کردن دیرتر ماده شوینده می شود.

آب سخت هم ممکن است برای بدن ضرری نداشته باشد چون شاید حاوی املاح موردنیاز بدن باشد ولی بهتر است تصفیه گردد و سختی آن گرفته شود چون در صورت وجود آلاینده های خطرناک برای سلامتی ضرر دارد.

آب بدست آمده پس از سختی زدایی را آب نرم می نامند و از رزین های کاتیونی می توان به این منظور استفاده کرد چون رزین سختی گیر کاتیونی در آب حل نمی شوند در مجاورت کاتیون های Ca و Mg موجود در آب قرار می گیرد و سختی آب را می گیرد.

در آخر باید اضافه کنیم که واحد سختی آب PPM است و آب نرم در صنایع بسیار پرکاربرد بوده و موجب افزایش راندمان و طول عمر دستگاه های تصفیه آب و سیستم های آب گرم می گردد.

انواع سختی آب

سختی آب یا hard water همان طور که قبلا هم گفته شد آبی است که در آن املاح و مواد معدنی و آلاینده هایی غیر ضروری و گاه ضروری مانند نمک های کلسیم، منیزیم و یا سولفات ها و کلر و غیره وجود داشته باشد.

سنگ گرانیت یک سنگ سخت است و چون در آب به سختی حل می شود، می توان گفت که آب های در نزدیکی این سنگ ها نرم است.

سختی آب در حالت کلی به دو دسته سختی موقت و سختی دائم تقسیم می شود که در هر دو حالت نیز به دلیل وجود کربنات ها و بیکربنات ها آب، سخت می شود.

سختی موقت آب:

سختی موقت آب یعنی در اندازه ای آب سخت است که می توان آن را به راحتی نرم کرد، ولی چگونه؟

با کمی حرارت می توان آب های دارای سختی موقت را نرم کرد یکی از مثال های بارز آن رسوبات درون لوله های آب گرم است که باعث گرفتگی لوله می شود، همچنین مواد ته نشین شده درون سماور و کتری را نیز می توان از این دسته تلقی کرد.

سختی دائم آب:

سختی دائم آب نیز به این معنی نیست که هیچ گاه این آب ها نرم نمی شوند ولی همانند حالت قبلی با حرارت سختی زدایی نمی گردند.

در این مواقع است که نیاز به استفاده از سختی گیر های رزینی به عنوان مثال رزین کاتیونی احساس می شود چون رزین کاتیونی ماده ای شیمیایی است که می تواند کاتیون های عامل سختی آب را از بین ببرد.

موارد مصرف رزین های کاتیونی

تا اینجای مطلب باید رزین های کاتیونی را تا حدودی شناخته باشید برای شناخت بیشتر لازم دانستیم تا کاربرد ها و موارد مصرف این رزین سختی گیر را بیشتر نام ببریم.

رزین کاتیونی تصفیه کننده و سختی گیر آب صنعتی و خانگی و به عنوان سختی گیر در دیگ های چگالشی مورد استفاده قرار می گیرد.

علاوه بر موارد بالا برای تصفیه بیودیزل نیز استفاده می شود و کاربرد های زیر را نیز دارد:

• آبکاری فلزات
• مدارهای اولیه و ثانویه در نیروگاه های هسته ای
• خالص سازی اسید های آمینه
• قند زدایی

رزین های کاتیونی حذف کننده و تبادل گر یون های مثبت موجود در آب هستند ولی نوع دیگری از رزین ها به نام رزین آنیونی نیز وجود دارد که حذف کننده یون های منفی آب (آنیون ها) همچون سولفات، نیترات و کلرات هستند.

عملکرد رزین‌های کاتیونی و آنیونی چون با یکدیگر متفاوت است پس قیمت های رزین کاتیونی با آنیونی نیز متفاوت خواهد بود.

ظرفیت رزین

ظرفیت یک رزین بر حسب اکی والان از یون های قابل تعویض و یا میلی گرم معادل کربناتی به ازای واحد حجم رزین بیان می شود.

ظرفیت رزین در واقع میزان ظرفیت یک رزین برای مبادله یونی با محیط را نشان می دهد که به چند روش ظرفیت کل تعویض یون ها محاسبه می گردد:

(mEq)میلی اکی والان باز = میلی لیتر باز مصرفی * نرمالیته باز

در نهایت ظرفیت کل رزین از فرمول (حجم رزین (سانتی متر مکعب) / میلی اکی والان باز) بدست می آید.

چون تبادل بر اساس اکی والان در لیتر حجم بیان می‌شود، در بعضی موارد ظرفیت بر اساس کیلو گرم کربنات کلسیم در واحد حجم بستر یا جرم یون‌ها در واحد حجم بستر بیان کرده‌اند. به طور مشابه مقدار یون‌های که باید از فاضلاب حذف شود، بر اساس اکی والان در لیتر فاضلابی که باید تصفیه شود بیان می‌شود.

انواع رزین های کاتیونی

رزین های کاتیونی و تبادل گر یون های مثبت دو نوع هستند، با دو فرمول شیمیایی R-Na و R-H شناخته می شوند (قسمت R مربوط به بخش جامد رزین است.)

ph خاصیت اسیدی یا بازی ماده محلول را مشخص می کند، این نکته را یادآوری کردیم تا در بررسی انواع رزین های کاتیونی از آن استفاده کنیم.

اسیدی قوی

R—H مربوط به رزین کاتیونی اسیدی قوی است که معادل انگلیسی آن ((SAC = (Strong Acid Cation) h است.

در هر PH یعنی همه بازه های بین 0 تا 14 می تواند عمل کند و تاثیر خود را داشته باشد.

عمر این نوع از سختی گیر ها تا 20 سال هم طول می کشد و و می توان کارایی بهتری از رزین کاتیونی اسیدی قوی مشاهده کرد ولی این نوع سختی گیر نسبت به رزین کاتیونی اسیدی ضعیف دارای ظرفیت کمتر و در نتیجه نیاز به احیای بیشتر در طول مدت یکسان دارد که این امر باعث افزایش هزینه در شارژ مجدد می شود.

اسیدی ضعیف

R—H مربوط به رزین کاتیونی اسیدی قوی است که معادل انگلیسی آن ((SAC = (Strong Acid Cation) h است.

در PH کمتر از 7 کاتیون کارایی ندارد یعنی در بازه 7 تا 14 عمل می کند.

ولی می توان از این سختی گیر برای نرم کردن آب هایی که کاتیون های ( منیزیم ، کلسیم ، آلومینیوم و … ) دارند نیز استفاده نمود، اما از مزیت هایی که این نوع رزین کاتیونی دارد ، بازده بالا و تولید کمتر پساب در فرآیند سختی گیری نسبت به نوع قوی خود است و این امر می تواند در کاهش هزینه ها بسیار موثر باشد.

مصرف چندباره و احیا رزین کاتیونی

رزین های سختی گیر پس از مدتی که مصرف می شوند برای این که صرفه اقتصادی ندارد اگر بخواهیم آن ها را دور بریزیم و دوباره جدید ها را تهیه کنیم قابلیت احیا شدن دارند.

ممکن است فراموش کرده باشید ولی چون رزین های کاتیونی موادی شیمیایی هستند پس بدون شک این مواد باید دوباره و چند باره قابل استفاده باشند.

در رزین های کاتیونی معمولا پس از 24 یا 48 ساعت نیاز به احیا احساس می شود و این زمان با توجه به طراحی دستگاه سختی گیر متغیر است.

زمانی که رزین سختی گیر اشباع می شود دیگر قادر به انجام فرآیند تبادل یونی نمی باشد و برای استفاده مجدد از رزین و جدا کردن مواد معدنی و علی الخصوص کلسیم و منیزیم بایستی رزین احیا گردد و این مواد از رزین جدا شوند.

روش احیای رزین های کاتیونی

برای احیای رزین کاتیونی کار زیاد سخت و پروسه طاقت فرسا و مشکلی انجام نمی گیرد کافی است فقط از محلول آب نمک (NaCl(aq استفاده کنید.

برای شارژ مجدد یا اصطلاحاً احیاء رزین سختی گیر ابتدا باید سیستم دستگاه سختی گیر را با عمل بکواش آب نمک را به داخل مخزن سختی گیر هدایت کرد و پس از چندین بار رزین مجدداً احیا می شود.

پس از پاکسازی محیط با دو برابر کردن آب و نمک عملکرد رزین کاتیونی باز می گردد و به اصطلاح رزین کاتیونی ما احیا می شود.

البته محلول آب و نمک باید در مدت زمان 2 تا 4 BV / ساعت (0.25 تا 0.5) احیا شود و مقدار آب نمک در هر لیتر رزین باید به طور معمول پایین تر از واحدهای بازسازی شده همزمان باشد که این مقدار معمولا بین 50 و 150 گرم در لیتر رزین است.

قیمت رزین کاتیونی

بدون شک چون رزین های کاتیونی اهمیت خاص و ویژه ای در صنعت آب دارند و یکی از محصولات امریکایی شرکت پرولایت به حساب می آیند باید قیمت بالایی نیز داشته باشند.

با این اوصاف یعنی محصولات پرولایت باید وارداتی باشند و به قیمت دلار و ارزهای خارجی محاسبه گردند.

چند نمونه از محصولات رزین سختی گیر کاتیونی که به ایران وارد می شوند به شرح زیر است:

رزین C100
رزین C100E
رزین C104 Plus
رزین C120E
رزین C100H
رزین C150
گفتنی است که هر یک از این انواع رزین ها در بازار ایران محبوبیت و شهرت بالایی دارند و تفاوتی که بین رزین C100 و C100E وجود دارد این است که هر دو در دستگاه های سختی گیر به جهت جذب یون های سخت آب شامل یون های کلسیم و منیزیم استفاده می گردند،

برای اطلاع از قیمت هر یک از این انواع رزین های کاتیونی می توانید در اینترنت جستجو کنید و ...