رزین تبادل یونی
1403-08-14 1403-08-14 0:59رزین تبادل یونی
رزین تبادل یونی چیست ؟
رزین تبادل یونی یا مبدل آنیونی ، یک پلیمر با اندازه بسیار کوچک می باشد . رزین ها به شکل کروی با قطر حداکثر 1 میلی متر تولید می شوند. از نظر ظاهری، این ماده شبیه خاویار بلوگا است. رزین تبادل یونی ، ماده ای نامحلول است و به راحتی می تواند با یون های محلول های دیگر وارد واکنش های تبادلی شود. همچنین، برخی از انواع رزین های تبادل یونی می توانند فرآیند اکسیداسیون و جذب را انجام دهند .
رزین‌های تبادل یونی ، ذراتی جامد با قابلیت حذف کاتیون‌ها و آنیون‌های نامطلوب از آب هستند. رزین‌ها از نظر الکتریکی خنثی هستند. بدین صورت که ذرات آنیونی دارای بار منفی و ذرات کاتیونی دارای بار مثبت هستند و با در کنار هم قرار گرفتن این ذرات، بار الکتریکی کلی خنثی می‌شود.
ذرات رزین تبادل یونی ، قطری در حدود 0.6 میلی‌متر دارند و درون آن آب وجود دارد که عبور یون‌ها را تسهیل می‌کند. رزین تبادل یونی در ابعاد کوچک و بزرگ قابل‌استفاده می باشد . از این رزین ها برای تولید آب نرم و آب خالص استفاده می‌شود که در ادامه به نحوه انجام این فرایند اشاره می‌شود .
ویدیو نحوه کار رزین تبادل یونی
ساختار رزین های تبادل یونی
همانند بسیاری از ترکیبات موجود در طبیعت، رزین‌های یونی نیز دارای ذراتی با بار مثبت و منفی در ساختار خود هستند. به‌عنوان‌مثال، نمک طعام دارای دو یون است که یکی کلر با بار منفی و دیگری سدیم با بار مثبت است. بنا بر ویژگی شیمیایی کلر، این عنصر تمایل به جذب الکترون بیشتری به ساختار خودش دارد، اما سدیم که عنصری کوچک‌تر است توانایی نگه‌داری از الکترون خود را نداشته و آن را به‌راحتی از دست داده و مثبت می‌شود. با در کنار هم قرار گرفتن آنیون (ذراتی با بار منفی) و کاتیون (ذراتی با بار مثبت) بار کلی مجموعه خنثی شده و ساختار پایدار می‌شود.
ذرات رزین تبادل یونی نیز همانند این ترکیبات نمکی هستند. با این تفاوت که رزین‌ها یک سری یون‌های ثابت و تعدادی یون‌های متحرک دارند. بنا بر اینکه چه نوع رزین یونی داریم نوع این یون‌های ثابت و متحرک نیز عوض خواهد شد. به عنوان مثال اگر رزین‌های کاتیونی را بررسی می‌کنیم، یون‌های ثبات این اجسام از جنس آنیونی بوده و یون‌های کاتیونی قابلیت تحرک و جابه‌جایی با یون‌های کاتیون داخل آب را دارند.
لازم به ذکر است که اگر بار منفی یا مثبت بیشتر از بار مخالفش افزایش پیدا کند ترکیب ناپایدار می‌شود. لذا بیشتر ترکیبات شیمایی تمایل دارند ساختار خود را حفظ کنند. به همین دلیل، تنها به میزان بار یونی که رزین‌های یونی از دست داده می‌دهند، بار یونی موافق دریافت می‌کنند. رزین‌ها به کمک روش‌های پلیمرسازی متخلخل ساخته می‌شوند تا آب از درون آنها عبور کند. اندازه این تخلخل‌ها نیز بر نوع رزین اثر می‌گذارد.
در اصل رزین های تبادل یونی، از پلیمرهای استفاده می کند که دارای گروه تبادل یونی هستند از این رو، برای جذب یا حذف یون ها در انواع فراینده های مختلف از جمله: فرآیندهای شیمیایی، صنعتی، طبی و … استفاده می شود.
رزین‌های تبادل یونی، از پلیمرهای دارای گروه‌های عاملی تبادل یونی هستند که برای جذب یا حذف یون‌ها در فرآیندهای شیمیایی، صنعتی و طبی استفاده می‌شوند.
انواع ساختار رزین‌های تبادل یونی
انواع ساختار رزین تبادل یونی عبارتند از:
- ماتریس: در واقع این قسمت از رزین می تواند پلی‌استر، پلی‌استایرن، پلی‌اکریل‌آمید و… باشد.
- گروه عاملی تبادل یونی: در اصل گروه تبادل یونی از انواع فرمالین، سولفونیل، کاربوکسیل و آمینی تشکیل شده است. این یون ها امکان جذب یا تبادل را دارند.
- منبع فرار: این قسمت از رزین شامل انواع نمک های نخستین می باشد که در زمینه فعال سازی رزین موثر هستند.
به صورت کلی رزین‌های تبادل یونی دارای گروه های تبادل یونی هستند که امر آنها را قادر می سازد در فرآیندهای مختلف شیمیایی بتوانند یون های مثبت و منفی را تبادل کنند.
انواع برندها در زمینه رزین تبادل یونی
همانطور که میدانید رزین های تبادل یونی انواع مختلفی دارند که برحسب نوع و شکل آن قادرهستند عوامل سختی در سیالات را حذف کنند.
رزین ها در بازار با برندهای مختلفی ارائه می شوند که هرکدام می تواند نقش خاصی داشته باشند به عنوان مثال رزین پرولایت C100 یکی از پرکاربرد ترین نوع رزین ها در برند پرولایت است. این مدل دارای فرم یونی Na+ است که می تواند از طریق تبادل یون های سدیم خود با یون های منیزیم و کلسیم موجود در آب واکنش دهد و باعث کاهش سختی آن گردد.
مهم ترین برندهای رزین های تبادل یونی در بازار عبارتند از:
- رزین تبادل یونی پرولایت (PUROLITE): این رزین به منظور تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرد. البته این برند دارای رزین های آنیونی و کاتیونی و میکس بد می باشد. اما شاید گفت مهم ترین محصول این برند رزین آنیونی A400 و رزین های کاتیونی C100 و C100e است.
- رزین تبادل یونی پترولایت (PETROLITE):رزین پترولایت با گرید بالا تر و سطح کیفیت بیشتر به منظور از بین بردن سختی آب مورد استفاده قرار می گیرد. این برند ساخت کشور چین است و به منظور سختی گیری از آب در حوزه خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. مهم ترین نمونه های این شرکت رزین های پترولایت 001*7 و 001*8 می باشد.
دسته‌بندی کلی رزین تبادل یونی
رزین‌ها به 3 دسته کلی کاتیونی، آنیونی و میکسبد (بستر مخلوط) تقسیم می‌شوند. این دسته‌ها در ادامه بیشتر مورد بررسی قرار خواهند گرفت. هرکدام از انواع رزین‌ها نیز به دودسته رزین‌های قوی و ضعیف تقسیم می‌شوند که اولی در محدوده pH گسترده‌ای فعالیت می‌کند. در حالی که، مورد دوم در محدوده کمتری قدرت فعالیت دارد. به این دلیل که رزین‌های قوی دارای گروه‌های عاملی بسیار یونیزه شده هستند.
رزین تبادل یونی (کاتیونی)
رزین کاتیونی ، کلسیم، منیزیم، منگنز، آهن، پتاسیم و سدیم که همگی بار مثبت دارند را از محیط آبی حذف می‌کند. دو نوع رزین کاتیونی از نظر عملکرد وجود دارد که یکی دارای سیکل هیدروژنی و دیگری دارای سیکل سدیمی است. نوع اول با آزاد کردن هیدروژن یک بار مثبت به درون آب ، pH آب را کاهش می‌دهد. نوع دوم نیز کاتیون سدیم یک بار مثبت را به درون محلول می‌فرستند و خود رزین تبادل یونی با کاتیون محلول پیوند یونی برقرار می‌کند. مورد اول به کمک اسید هیدروکلریک و مورد دوم به‌وسیله نمک NaCl احیا می‌شود.
- رزین کاتیونی قوی (Strong Acidic Cation Resin) : این نوع رزین ، تمام کاتیون‌های موجود در آب را خارج می‌کند و برای حذف سختی آب و مواد معدنی مورد استفاده قرار میگیرد. عمر مفید رزین کاتیونی قوی بین 8 تا 10 سال است.
- رزین کاتیونی ضعیف (Weak Acidic Cation Resin) : بازدهی بالاتری نسبت به رزین‌های کاتیونی قوی دارند و برای جداسازی کاتیون‌های آب به‌کارگیری هم‌زمان این دو نوع (قوی و ضعیف) بهره‌وری را بالاتر برده و انتخابی اقتصادی‌تر است. این رزین‌ها، کاتیون‌هایی را جذب می‌کنند که به قلیایی بودن آن مرتبط هستند و قادر به جذب تمامی کاتیون‌های موجود در آب نیستند. عمر مفید آن بین 8 تا 10 سال است و به همراه گروه کربوکسیلیک اسید (-COOH) فعالیت می‌کنند.
هرچه وزن مولکولی بیشتر بوده و یا اندازه یون کوچک‌تر باشد تمایل به جذب این کاتیون‌ها افزایش میابد. به طور مثال برای رزین‌های ضعیف، تمایل به جذب هیدروژن یک بار مثبت به‌مراتب بیشتر از جذب سدیم یک بار مثبت است. باید در نظر داشت که در غلظت‌های بالاتر ترتیب تمایل گزینش یون‌ها متفاوت خواهد بود. به کمک رزین‌های کاتیونی میتوان آهن و منگنز را حذف کرد. اما باید توجه کرد که این فلزات نباید در مجاورت اکسیژن قرار بگیرند. به این دلیل که، در مجاورت با اکسیژن این عناصر اکسید شده و از حالت محلول به نامحلول در می‌آیند و بر روی رزین‌ها رسوب‌کرده و کارایی آنها را پایین می‌آورند.
رزین تبادل یونی آنیونی
با استفاده از رزین آنیونی میتوان سیلیس، مواد آلی، نیترات، کلرید، سولفات، بی‌کربنات و کربنات‌ها که همگی بار منفی دارند را از محیط آبی حذف نمود . دو نوع رزین آنیونی از نظر عملکرد وجود دارند که یکی دارای سیکل هیدروکسیدی و دیگری دارای سیکل کلری است. نوع اول با آزاد کردن هیدروکسید یک بار منفی به درون آب، pH آب را افزایش می‌دهد. نوع دوم نیز آنیون کلر یک بار منفی را به درون محلول می‌فرستند و خود رزین تبادل یونی با آنیون محلول پیوند یونی برقرار می‌کند. مورد اول به کمک باز قوی مانند سود سدیم هیدروکسید و مورد دوم به‌وسیله نمک NaCl احیا می‌شود. رزین‌ها را به دو صورت دیگر نیز میتوان تقسیم‌بندی کرد که به صورت زیر می‌باشد:
- رزین آنیونی قوی (Strong Base Anion Resin) : این نوع رزین‌ها کل ذرات آنیونی را آب جذب و سیلیکا را از آبهای صنعتی جدا می‌کند. عمر مفید رزین آنیونی قوی بین 4 تا 5 سال است.
- رزین آنیونی ضعیف (Weak Base Anion Resin) : رزین‌های آنیونی ضعیف قادر به حذف اسیدهای معدنی مانند نیتریک اسید، هیدروکلریک‌اسید و سولفوریک اسید هستند. این نوع رزین‌ها توانایی تبادل یونی کمتری نسبت به نوع قوی داشته و ظرفیت بالاتری را نشان می‌دهند. این نوع رزین‌ها مقاوم‌تر از رزین‌های قوی عمل کرده و به همین دلیل در سیستم‌های تصفیه بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. عمر مفید آن بین 4 تا 5 سال است.
اگر از رزین‌ها به‌درستی استفاده شود طول عمر مفید آنها به چندین سال می‌رسد. از رزین های آنیونی برای مصارف صنعتی استفاده شده و برای آب آشامیدنی مناسب نیستند.
رزین تبادل یونی میکس بد (بستر مختلط)
این نوع رزین از ترکیب رزین قوی آنیونی و رزین قوی کاتیونی تشکیل شده است که مورد اول به صورت هیدروکسید و مورد دوم به‌صورت هیدروژنی حضور دارند. از این نوع رزین در مواردی که نیاز به آب تصفیه شده با کیفیت بالا احتیاج باشد استفاده می‌شود. به همین دلیل، معمولاً این نوع رزین را در ادامه رزین آنیونی قوی قرار می‌دهند تا آب خروجی کیفیت بهتری پیدا کند.
رزین تبادل یونی برای حذف نیترات (Nitrate selective ion exchange resin)
- رزین های آنیونی با خاصیت بازی قدرتمند به منظور حذف نیترات
- رزین های آنیونی با خاصیت بازی قدرتمند نوع اول
- رزین های آنیونی با خاصیت بازی نوع یک با داشتن ظرفیت بالا
- رزین آنیونی بازی قدرتمند نوع دوم
- رزین آنیونی با خاصیت بازی ضعیف
انتخاب رزین های آنیونی
انتخاب رزین های آنیونی برای حذف نیترات به دو چیز وابسته است اول نظر مصرف کننده و دوم نوع و مدل طراحی سیستم که در این بین موارد مختلف نقش موثری دارند.
- رزین های آنیونی قدرتمند و از نوع اول دارای بوی بدی هستند در عوض رزین های نوع دوم بدون بو هستند
- احتمال دارد نیترات نشتی داشته باشد این مساله بعد از اشباع رزین های نوع اول و دوم پیش می آید.
- استفاده از رزین های مخصوص حذف نیترات به منظور حذف سولفات از آب های خوراکی
- استفاده از رزین های آنیونی قدرتمند نوع یک به منظور کاهش هزینه های عملیات و هدر رفت آب
- زمانیکه نیاز است نیترات و آرسنیک از آب حذف شوند از رزین مخصوص حذف نیترات استفاده نشود
- استفاده از رزین آنیونی بازی ضعیف به منظور حذف نیترات موجب کاهش هدر رفت آب می شود
در نظر داشته باشید رزین A520E پرولایت برای حذف نیترات استفاده می شود. علاوه بر این اگر در این فرآیند نسبت میزان سولفات آب به مجموع سولفات و نیترات موجود در آب بیشتر از 60% باشد، استفاده از رزین آنیونی مخصوص حذف نیترات برتر از رزین های آنیونی بازی قوی نوع 1 و 2 می باشد.
رزین های تبادلی در حذف آهن و منگنز
حذف املاح آهن و منگنز آب
برای حذف املاح فلزاتی همچون آهن و منگنز موجود در آب باید از رزین های کاتیونی استفاده کرد. ترکیبات آهن به دو شکل یون دو ظرفیتی (به نام فرو) و سه ظرفیتی (فریک) می باشند به بیان ساده تر ترکیبات فریک مدل اکسید شده ترکیبات فرو هستند که در اثر مجاورت آب با هوا و اکسيژن محلول در آب، ترکیبات آهن به طور کامل اکسید می شوند.
به صورت معمول املاح آهن در آب های سطحی به شکل فریک و در آب های چاه به شکل فرو هستند. ترکیبات فرو با استفاده از رزین های تبادل یونی کاتیونی از آب حذف می شوند.
این مدل کاتیون ها از نوع رزین کلاتی هستند و بیشتر به منظور حذف پساب های صنعتی – پساب آبکاری و حمام آبکاری فلزات مورد استفاده قرار می گیرند.
رزین تبادل یونی حذف بور
عنصر بور در طبیعت به صورت اسید بوریک و نمک وجود دارد.به منظور حذف این عنصر از آب باید از رزین تبادل کاتیونی استفاده شود اما باید دقت لازم در این زمینه انجام شود زیرا این عنصر شباهت زیادی به سیلیکات دارد.رزین های آنیونی ضعیف می تواند عنصر بور را در غلظت های بسیار پایین از آب حذف کند.
رزین تبادل یونی حذف آرسنیک
اما فرایند حذف این عنصر در آب بدین شرح است. دو عنصر آرسنات و آرسنیت در واقع آرسنیک آب را تشکیل می دهند. در روش تبادل یونی فقط امکان حذف آرسنات ممکن است. اما برای حذف عنصر آرسنیک باید ابتدا آرسنیک را به آنیون تبدیل کرد از این رو قبل از روش تبادل یونی لازم است از فرایند اکسایش بهر برد. همین کار باعث می شود قبل از تبادل یونی آرسنیت به آرسنات تبدیل شود. در نظر داشته باشید برخی از رزین ها مخصوصاً برای حذف آرسنیک توسط شرکت پرولایت تولید شده اند. ازجمله رزین آنیونی مدل A300E که یک رزین آنیونی قوی از نوع کلراید است و می تواند در PH بین 8 تا 9 واکنش آرسنات کلراید انجام شود.
رزین تبادل یونی در جداسازی فلزات
از رزین های تبادل یونی مختلفی جهت جداسازی فلزات واسطه و فلزات خاکی کمیاب استفاده می شود. رزین ها در جداسازی عناصر رادیواکتیو یا اکتینیدها نیز کاربرد دارند. برای مثال، فرآیند استخراج پلوتونیوم-اورانیوم برای جداسازی پلوتونیوم و اورانیوم از رزین تبادل یونی استفاده می شود. این دو فلز رادیواکتیو به طور گسترده ای به عنوان سوخت در راکتورهای انرژی هسته ای کاربردی هستند.
صنعت داروسازی
به منظور خالص سازی و ساخت مواد دارویی، به طور وسیعی از رزین تبادل یونی استفاده می شود. رزین هایی مانند پلی استایرن سولفونات سدیم، کلستیپول و کلستیرامین در صنعت داروسازی کاربرد زیادی دارند.
کاربردهای رزین تبادل یونی
از رزین تبادل یونی در صنایع زیر استفاده می‌شود:
- کارخانه‌های کاغذ و مقواسازی
- پالایشگاه‌های پتروشیمی نفت و گاز
- ایستگاه‌های تولید برق
- صنایع تولید فولاد
- صنایع نساجی
- صنایع تولید محصولات غذایی
- صنایع داروسازی
- فرایند تصفیه آب
- ازبین‌بردن رنگ و فلزات در صنایع
انواع رزین حذف انتخابی
رزین های تبادل یونی دارای مدل ها و انواع متفاوتی می باشند که هر کدام برای کاربرد خاصی استفاده می شوند و بعضی از این رزین ها برای حذف یک ماده مخصوص از سیال یا آب به کار میروند که به آن ها رزین حذف انتخابی می گویند . در ادامه به 4 رزین حذف انتخابی اشاره می کنیم .
1 – رزین حذف نیترات (Nitrate Selective Resin) : نیترات ماده‌ای بسیار سمی و بیماری‌زا برای انسان و سایر موجودات است. به همین دلیل، باید نیترات از آب‌ها حذف شوند. از این نوع رزین برای حذف نیترات آب استفاده می شود.
2 – رزین حذف آهن و منگنز (Iron and Manganese Selective Resin) : در فرایندهای استخراج فلزات از معدن و تصفیه فاضلاب‌ها، فلزات سنگینی مانند آهن و منگنز تولید می‌شوند که باید از چرخه آب جدا شوند. گروه عاملی ایمینو دی‌استیک در رزین‌های حذف منگنز و آهن، این فلزات سنگین را جدا می‌کند.
3 – رزین حذف آرسنیک (Arsenic Selective Resin) : آرسنیک ماده‌ای بسیار سمی است که به دلیل قدرت یونی پایین آن به‌راحتی از آب جدا نمی‌شود به همین دلیل باید از رزین‌های مخصوص برای جداسازی استفاده شود.
4 – رزین حذف بور (Boron Selective Resin) : این نوع رزین نوعی از رزین تبادل یونی آنیونی ضعیف است که بور را در غلظت‌های پایین جذب می‌کند.
زمان تعویض رزین تبادل یونی
زمانی که مخزن‌های حاوی رزین در خارج از شهر قرار داده شوند، امکان دارد بعد از مدتی داخل مخزن را جلبک بگیرد. همچنین با استفاده از آب شهرداری که حاوی کلر فراوان است، رفته‌رفته رزین‌ها شکننده شده و تکه‌تکه می‌شوند که می‌توانند به دستگاه آسیب برسانند. چند وقت یک بار باید این تجهیزات بررسی شده و در صورت نیاز تعمیر شوند.
با استفاده از آب چاه نیز، به‌مرورزمان شن وارد مخزن می‌شود که برای جلوگیری از این اتفاق باید آب را قبل از ورود به دستگاه با فیلتر شنی تصفیه کرد. سن موجود در بستر رزین‌ها فشار آب را کاهش می‌دهد و باید شن‌ها از دستگاه خارج شوند. اما ممکن از به‌جای جداسازی این شن از رزین تبادل یونی، استفاده از رزین‌های جدید گزینه بهتری باشد.
اگر مخزن رزین به مدت طولانی بلااستفاده بماند، یا بوی تندی از آن شنیده شود، باید رزین‌ها عوض شوند. اگر با استفاده از کلر ضعیف رزین‌ها تمیز شدند نیازی به تعویض رزین‌ها نیست، در غیر این صورت باید رزین‌ها خارج شده و مخزن با کلر قوی شسته شود. همچنین رزین‌هایی که به‌خاطر آهن از بین رفته‌اند را میتوان با دوز بالای اسیدسیتریک یا سفیدکننده تمیز کرد و دوباره مورد استفاده قرار داد.
دیونیزه کردن
این سیستم‌ها که به کمک سختی گیر رزینی و بر اساس انتقال یون‌های معدنی موجود در آب عمل می‌کنند. این سیستم‌ها به انرژی احتیاج ندارند؛ چراکه به‌آسانی با دانش به شیمی مسئله این انتقال یونی انجام می‌شود. رزین سختی گیر قادر به جداسازی ناخالصی‌های آلی نبوده و آبی استریل ایجاد نمی‌کند، این نوع آب دیونیزه شده همچنین می‌تواند حاوی باکتری یا ذرات سیلیس باشد.
رزین تصفیه آب در ستون‌های مخصوصی قرار می‌گیرند که آب از درون آنها عبور می‌کند. به‌مرورزمان که رزین‌ها اشباع می‌شوند، قابل تجدید خواهند بود. با بررسی هدایت الکتریکی آب میتوان به این نتیجه رسید که چه زمانی برای احیای رزین‌ها مناسب است.
رزین تبادل یونی پرولایت
برترین و معروف ترین رزین تبادل یونی در بازار ایران ، رزین پرولایت می باشد . رزین پرولایت از کیفیت بالایی برخوردار است و دارای قیمت مناسبی نیز می باشد . از پرکاربردترین رزین های پرولایت میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
رزین کاتیونی پرولایت C100 و رزین کاتیونی پرولایت C100E
رزین آنیونی پرولایت A400OH
رزین رنگبر شربت قند A500PS
رزین میکس بد MB400
رزین تبادل یونی در جهان آب
در نظر داشته باشید قیمت بر اساس بسته به نوع رزین تبادلی ، کاربرد آن ، حجم خرید رزین سختی گیر و برند آن متغیر است . رزین تبادل یونی بر اساس حجم موردنیاز مشتری به فروش می‌رسد.
فروشگاه جهان آب وارد کننده و فروشنده انواع رزین های تبادل یونی از برند های مختلف از جمله پرولایت می باشد. شما می توانید در فروشگاه جهان آب بهترین قیمت رزین تبادل یونی را با کیفیت و درجه بالا بدون واسطه تهیه کنید. برای مشاوره رایگان و یا اطلاع از قیمت محصولات می توانید با شماره 02179315 در تماس باشید. تمامی اطلاعات تماس و راه های ارتباطی در صفحه تماس با ما موجود می باشد .
سوالات متداول
به طور متداول از رزین کاتیونی قوی در سیکل سدیم جهت انجام عملیات سختی گیری استفاده می شود. یون های سختی آور آب معمولا یون های کلسیم و منیزیم هستند که با تبادل با سدیم بوسیله رزین سختی گیر سختی آب و همچنین احتمال ایجاد رسوب نیز از بین می رود.
رزین سختی گیر در واقع زیر مجموعه‌ای از رزین های تبادل یونی می باشد. به دسته از از رزین های تبادل یونی که برای سختی گیری و نرم کردن آب استفاده می شود ، رزین سختی گیر می گویند.
لیست محصول رزین تبادل یونی
