رزین سختی گیر

تعریف رزین تبادل یونی

رزین تبادل یونی از دسته رزین هایی می باشد که از پلیمر ارگانیک شکل گرفته است. رزین یک ماتریکس نامحلول می باشد و شکل ظاهری آن مانند میکرو مهره های کوچک کروی است که زرد و سفید و سبز و… می باشد. این دانه ها به صورت متخلخل هستند و مساحت داخلی و خارجی بالایی را ایجاد می کنند. رزین های تبادل یونی برای ضدعفونی کردن و همچنین خاصیت رنگبری در صنایع مختلفی را دارد.

انواع رزین سختی گیر

رزین کاتیونی قوی

از رزین های کاتیونی قوی به شکل سدیم برای کاهش سختی آب استفاده می شود. دیده شده است که رزین های سدیم کاتیونی قوی نه تنها کاتیون های سخت کننده بلکه سایر یون های فلزی را با سدیم مبادله می کنند. برای احیای این رزین کافی است رزین را با آب نمک احیا کنید تا به حالت اولیه بازگردد. قدرت تبادل یونی رزین های کاتیونی قوی به pH آب بستگی ندارد که تاثیر بسزایی در استفاده از این رزین ها دارد.

رزین سخت‌کننده که برای حذف یون‌های سخت‌کننده استفاده می‌شود (بیشتر یون‌های سخت‌کننده آب یون‌های کلسیم و منیزیم هستند)، همچنین یکی از رزین‌های کاتیونی قوی در چرخه سدیم است.

گروه صنعتی واتر تاپ طیف گسترده ای از رزین های تبادل یونی را با بهترین برندها و بالاترین کیفیت ارائه می دهد. دریافت مشاوره رایگان و استعلام قیمت؛ با کارشناسان ما تماس بگیرید.

رزین کاتیونی اسیدی

رزین های کاتیونی اسید هیدروژن نیز رزین های کاتیونی قوی هستند که از نظر تئوری می توانند یون های فلزی را با یون های هیدروژن جایگزین کنند. برای بازسازی این رزین از اسیدهای قوی مانند اسید کلریدریک یا سولفوریک استفاده می شود.

رزین کاتیونی ضعیف

در این گونه رزین ها، گروه های واکنشی، گروه های کربوکسیل هستند. از هر نوع اسیدی می توان برای بازسازی رزین های کاتیونی ضعیف استفاده کرد. رزین های کاتیونی ضعیف بازده کاهشی بالاتری نسبت به رزین های کاتیونی قوی دارند. علاوه بر این، رزین های کاتیونی ضعیف ظرفیت بالاتری نسبت به رزین های کاتیونی قوی دارند و بنابراین عمر مفید بیشتری دارند.

رزین آنیون قوی

اسیدها، بازها و املاح آنها پس از عبور از رزین جذب شده و یون های هیدروکسید آزاد می شوند. بنابراین، آب با عبور از رزین های کاتیونی و آنیونی، تمام املاح را از دست می دهد. محدودیت های حذف آنیون ها از رزین های هیدروژن سدیم منجر به تولید رزین های آنیونی با هدف حذف سیلیس شد. بنابراین، با این دو رزین می توانید آب بدون یون دریافت کنید.

رزین آنیون ضعیف

این رزین ها مشابه رزین های کاتیونی ضعیف عمل می کنند که اسیدهای معدنی مانند (کلریدریک و سولفوریک) را حذف می کنند اما اسیدهای ضعیف مانند اسید کربنیک را حذف نمی کنند.

محلول های قلیایی برای بازسازی رزین های آنیون ضعیف استفاده می شود. اسید جذب شده توسط رزین توسط پایه خنثی شده و به صورت نمک خنثی آزاد می شود. رزین های آنیون ضعیف در چرخه هیدروکسید کار می کنند و بنابراین با هیدروکسید تولید شده از انحلال پایه در آب بازسازی می شوند.

دسته بندی رزین تبادل یونی

رزین های تبادل یونی به چهار دسته اصلی تقسیم بندی می شوند:

اسیدی قوی: این دسته رزین ها از پلی استایرن سولفونات

قلیایی قوی : از گروه چهارتایی آمینو هستند: برای مثال گروه های کاتیون آمونیوم  نوع چهارم می باشد.

اسیدی ضعیف : از دسته گروه های کربوکسیلیک اسید می باشد.

قلیایی ضعیف: از دسته گروه های آمینه اولیه ، ثانیویه و ثالث می باشد. مانند پلی اتیلن ایمین.

کاربرد رزین های تبادل یونی

1. جداسازی و خالص سازی جیوه آزاد و فلزات گرانبها
2. جداسازی و توریم و پلوتونیوم و اورانیوم در صنایع هسته ای
3. حذف نیترات و نیتریت در تامین آب آشامیدنی
4. جداسازی و استخراج عناصر مفید از دارو های گیاهی
5. رنگبری قند و نشاسته
6. استخراج تگستن و مولبیدن در هیدرومتالورژی
7. حذف کلسیم و منیزم آب آشامیدنی

 

رزین سختی گیر و رزین تصفیه آب چیست؟

رزین سختی گیر برای حذف منیزیم و کلسیم موجود در آب و… مورد استفاده قرار می گیرد. زمانی که رزین تازه است یون های مثبت زیادی دور و اطراف آن قرار گرفته است. زمانی که رزین با یون های مربوطه ( منیزیم و کلسیم) برخورد می کند غلظت یون های سدیم آن کم می شود سپس یون‌های منیزیم و کلسیم از محلول به محل فعال در رزین منتقل می‌شوند و در محلول با یون‌های سدیم جایگزین می‌شوند.

رزین را می توان با یک محلول دارای غلظت بالا شست و شو داد و اصطلاح آنرا احیا کرد. به عنوان مثال نمک معمولی را همراه با رزین ترکیب کنید ، در این  مرحله  منیزیم و کلسیم از یون ها جدا می شود و شاهد یک رزین با یون های سدیم محلولی هستند.

تقسیم بندی رزین ها

رزین ها بر اساس نوع بار به دو نوع آنیونی و کاتیونی تقسیم می شوند. رزین های کاتیونی دارای نقاط کاتیونی متحرک و رزین های آنیونی دارای کسر آنیونی فعال هستند که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند. اغلب از رزین های تبادل یونی برای پخت در آب استفاده می شود. سختی آب مربوط به وجود یون های منیزیم و کلسیم است که می توان آنها را با رزین های کاتیونی حذف کرد. سیلیکاژل، سولفات، کلرید، نیترات و … نیز از جمله آنیون هایی هستند که رزین های آنیونی می توانند حذف کنند. بنابراین برای حذف آنیون های نیترات از آب آشامیدنی، از رزین های آنیونی برای ساخت فیلترهایی برای حذف نیترات ها استفاده می شود. رزین های کاتیونی نیز بر اساس واکنش های زیر یون های منیزیم و کلسیم را از آب حذف می کنند یا به عبارت دیگر سخت می شوند:

در فرآیند پخت با مبدل کاتیونی سدیم، مقدار نمک موجود در آب تغییر نمی کند، بلکه تنها نوع نمک تغییر می کند، زیرا در طی این فرآیند یون های سدیم جایگزین یون های منیزیم و کلسیم می شوند و دلیل این امر میل ترکیبی بالای رزین به یون‌های کلسیم و منیزیم و ترجیح این دو یون بر یون‌های سدیم است. مبدل های آنیونی به نوبه خود قادر به حذف یون های سولفات و نیترات با واکنش های زیر هستند:

هنگامی که رزین آنیونی با نیترات/سولفات در آب واکنش می دهد، تمایل کلی رزین با نیترات و سولفات بیشتر از یون هیدروکسید است، بنابراین یون نیترات/سولفات جایگزین یون هیدروکسید در رزین می شود و یون هیدروکسید وارد آب می شود.

نحوه استفاده از رزین تبادل یونی

1. پیش انتخاب: اندازه ذرات رزین تبادل یونی به طور کلی در مش 20 تا 35 کنترل می شود و برخی از آنها به مش 50 می رسد بنابراین باید قبل از استفاده خشک، پودر و الک شود. معمولاً در کوره خشک می شود و می توان آن را نیز پر کرد. با پنتوکسید فسفر، در خشک کن اکسید کلسیم یا اسید سولفوریک غلیظ انجام می شود. هنگام پودر کردن آن را خیلی ریز تقسیم نکنید، در غیر این صورت عملکرد آزمایشی تحت تأثیر قرار می گیرد.
2. پیش پردازش. رزین تبادل یونی قوی باید با 20 برابر حجم محلول آبی هیدروکسید سدیم 4% (رزین به نوع OH تبدیل می شود)، سپس با 10 برابر حجم آب شسته و سپس با 10 برابر حجم تصفیه شود. اسید کلریدریک درصدی از (رزین است) به شکل کلر تبدیل می شود و در نهایت با آب مقطر شسته می شود تا خنثی شود، سپس فرم کلر به فرم OH و سپس به شکل کلر تبدیل می شود و در نهایت با سدیم آبی 10 برابر 4 درصد ترکیب می شود. محلول هیدروکسید رزین تبادل یونی پایه ضعیف فقط باید با 10 برابر آب مقطر شسته شود و نیازی به شستن آن برای خنثی شدن نیست.
3. ستون را بسته بندی کنید. رزین تصفیه شده را در یک لیوان ریخته، آب اضافه کرده و هم بزنید تا حباب های هوا گرفته شود، اجازه دهید چند دقیقه بماند تا بیشتر رزین ته نشین شود و سپس لایه بالایی ذرات گل مانند را بریزید و عمل را تا لایه بالایی تکرار کنید. مایع شفاف است، سپس ستون را می توان بارگیری کرد. توجه داشته باشید که 1 سانتی متر فیلامنت شیشه ای باید در پایین ستون قرار داده شود و با میله شیشه ای صاف شود و در ستون ریخته شود و مراقب باشید که حباب ایجاد نشود.

عمر مفید رزین تصفیه آب

رزین های تبادل یونی پس از گذشت مدتی از فرآیند تصفیه آب و بسته به پارامترهای طراحی سیستم تصفیه آب رزین مانند آب، با کاتیون ها یا آنیون های موجود اشباع می شوند و نیاز به بازسازی با آب و آب نمک دارد. محلول اسیدی یا سوزاننده داشته باشد. اگر سیستم تصفیه آب رزینی به درستی طراحی شده باشد و رزین تصفیه آب به طور منظم و مناسب بازسازی شود، رزین می تواند بین 5 تا 10 سال دوام بیاورد و مورد استفاده قرار گیرد. عواملی مانند سطوح بالای کلر و کلرامین در آب، وجود آهن زیاد در آب، بازسازی سریع رزین قبل از رسیدن به حد اشباع، و بازسازی چندین مدل رزین در کنار هم می تواند به طور قابل توجهی عمر رزین را کاهش دهد.

 

عامل موثر بر سرعت تبادل یونی

اندازه ذرات: هرچقدر رزین تبادل یونی کوچکتر باشد، برای بهبود سرعت انتشار یون در داخل و خارج از رزین مطلوب تر است.

درجه اتصال متقاطع: ماده ای که هر مونومر را به هم پیوند می دهد و پلیمر متقاطع رزینی را تشکیل می دهد، عامل پلیمریزاسیون متقاطع و درصد وزنی عامل پلیمریزاسیون متقاطع در رزین را درجه اتصال عرضی می گویند. هر چه درجه اتصال عرضی کمتر باشد، فضای بین رزین های تبادل یونی بزرگتر باشد، انبساط آن آسان تر، انتشار یون ها در رزین آسان تر و سرعت تبادل سریعتر می شود.

دما: افزایش دمای محلول می تواند باعث افزایش ضریب انتشار و تسریع در انتشار یون ها شود.

ظرفیت یونی: وقتی یون ها در رزین پخش می شوند، بین آنها و اسکلت رزین جاذبه کولنی وجود دارد. هر چه ظرفیت یون بالاتر باشد، جاذبه کولن بیشتر و سرعت انتشار داخلی کمتر است. با توجه به نتایج ارائه شده توسط محققان: کاتیون بار را افزایش می دهد و سرعت انتشار داخلی آن به حدود 1/10 از اصلی کاهش می یابد.

اندازه یون: یون های کوچک سریعتر منتشر می شوند، در حالی که ماکرومولکول ها با اسکلت رزین برخورد می کنند و اسکلت را تغییر شکل می دهند و سرعت انتشار را کاهش می دهند. غربال های مولکولی به صورت صنعتی با استفاده از این پدیده ساخته شده اند.

سرعت هم زدن: همزدن در حین تبادل می تواند انتشار را تسریع کند، اما روی انتشار داخلی تاثیری نخواهد داشت.

غلظت محلول: با افزایش غلظت محلول، سرعت تبادل یون سریعتر می شود. اما زمانی که غلظت محلول به مقدار مشخصی افزایش یافت، سرعت رشد تبادل یونی به تدریج کاهش یافت.