رزین تبادل یونی و سازوکار تبادل یون

تبادل یون یک واکنش برگشت پذیر است که در آن یک یون باردار در آب یا فاضلاب توسط یک یون باردار مشابه که به صورت الکترواستاتیک به ذره جامد ثابت متصل است، جا بجا می شود. بیشترین کاربرد تعویض یون در تصفیه آب برای سختی گیری آن می باشد که در آن کلسیم و منیزیم و سایر کاتیون های چند ظرفیتی به جای سدیم جایگزین می شوند. تبادل یون همچنین برای حذف آلاینده های خاص مانند آرسنیک، باریم، نیترات و … استفاده می شود.

رزین توسط پلیمریزاسیون ترکیبات آلی به شکل ماتریس متخلخل تولید می شود. معمولترین ماتریس رزین پلیمری شامل پلی استایرن شبکه ای می باشد که گروه های عاملی باردار به وسیله پیوند کووالانسی به آن متصل شده اند. ترکیب دی وینیل بنزن (DVB) به عنوان ترکیب شبکه ساز باعث ایجاد پیوندهای عرضی بین مولکول های استایرن می شود. پیوندهای عرضی ایجاد شده توسط دی وینیل بنزن منجر به پایداری بیشتر رزین می شود ولی سرعت تعویض یون رو کاهش می دهد.

رزین های نعویض یون کاتیونی محتوی یون های مثبت جابجا شونده مثل  و  می باشند. این یون ها به گروه های عاملی اسیدی غیرجابجا شونده نظیر گروه های سولفونیک و کربوکسیلیک متصل می باشند.

دانه های رزین که به صورت معمول از پتاسیم و یا سدیم پوشانده شده اند با عبور آب سخت از روی این رزین، یون منیزیم و کلسیم جایگزین سدیم و پتاسیم می شوند. پس از شست وشوی رزین (Back wash)  با عبور از روی آب نمک درون تانک نمک، دوباره خاصیت خود را به دست می آورد. به عبارت دیگر سدیم و پتاسیم دوباره احیا می

گردند. در تمامی سیستم های سختی گیر با رزین واجب است که به صورت دوره ای، رزین شست وشو معکوس صورت بگیرد. اما در بعضی از سختی گیرهای جدید این عمل به صورت خودکار صورت می گیرد. بسته به نوع رزین استفاده شده در محصولات رزین باید تا حدود ۱۰ سال تعویض گردد. اما این رزین اگر از کیفیت خوبی برخوردار باشد و از آب شهر در تغذیه آن استفاده شده باشد، این عدد تا ۱۵ سال هم می تواند ارتقا یابد. متداول ترین رزین مورد استفاده در سختی گیرهای صنایع غذایی، رزین پرولایتC100E است. رزین های تبادل یونی جایگزین مناسب تر و قابل انعطاف تری نسبت به زئولیت های طبیعی یا مصنوعی هستند. همچنین، رزین های تبادل یون در فرایند تصفیه بیو دیزل بسیار مؤثر هستند.

انواع رزین از نظر یون فعال

مشخصات کلی رزین تبادل یونی  (Ion Exchange Resin)  ماتریس پلیمری حل نشدنی است که حاوی یون های ناپایدار قادر به تبادل با یون در محیط اطراف است. رزین ها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمری رزین به چهار دسته تقسیم می شوند:

انواع رزین تبادل یونی
رزین های کاتیونی قوی(SAC) Strong Acidic CationSulfonate
رزین های کاتیونی ضعیف(WAC) Weak Acidic CationCarboxylate
رزین های آنیونی قوی(SBA) Strong Basic Anionquaternary amine
رزین های آنیونی ضعیف(WBA) Weak Basic Aniontertiary amine

رزین های کاتیونی ضعیف قادر به جذب کاتیون هایی هستند که به قلیائیت آب مرتبط است و قادر به جذب کلیه کاتیون های موجود در آب نیست. مزیت رزین های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آنها در مقایسه با رزین های کاتیونی قوی است، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیاءهای مکرر می گردد. رزین های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیون های موجود در آب است.

رزین های آنیونی ضعیف قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی نظیر اسیدسولفوریک، کلریدریک و نیتریک است. این رزین ها مقاوم تر از رزین آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم های تصفیه آب کاربرد بیشتری دارند.

از رزین های آنیونی و رزین های کاتیونی در فرایند تبادل یونی استفاده زیادی می شود. رزین های آنیونی جذب یون های منفی و رزین های کاتیونی جذب یون های مثبت را بر عهده دارند.

رزین آنیونی داراي يون  بوده و آنيون هاي زیر را از آب حذف مي نمايد:

سیلیس-  مواد آلی-  نیترات – کلراید – سولفات-  بی کربنات-  کربنات.

رزین کاتیونی ضعیف:

دارای یون بوده و كاتيون هاي زیر را از آب حذف مي نمايد:

کلسیم-  منیزیم-  منگنز-  آهن-  پتاسیم-  سدیم.

سختی گیر رزینی

ساختمان سختی گیر رزینی متشکل از یک مخزن استوانه ایستاده، از ورق فولادی و یا مواد پلی پروپیلن است که در داخل آن رزین های تبادل یونی، قرار داده شده است. این رزین ها براساس جایگزینی یون های سخت آب مانند کلسیم و منیزیم با اتم های سدیم، آب سخت را به آب نرم تبدیل می نمایند. در سیکل کاری دستگاه آب از بالا وارد شده و پس از گذر از بستر رزین از پایین دستگاه خارج می شود. برای جلوگیری از خروج رزین ها در کف دستگاه تعدادی نازل قرار دارد که روی آن را یک بستر سیلیسی پوشانده است. تکنیک تعویض یون، تکنیک بستر ثابت با جریان رو به پایین است زیرا رزین در طول عملیات تعویض یون حرکت نکرده و همانند یک بستر و یا ستون محکم می ماند و آب در طول رزین حرکت می کند. بالای ستون رزین بیشتر یون های آب را می گیرد و این روند ادامه داشته تا آن جا که در انتها تمامی یون های دریافت شده اند. به همین دلیل تا مخزن سختی گیرها برای جلوگیری از فرار یون ها به صورت ستونی ساخته می شوند و برای افزایش راندمان همواره قطر کم و ارتفاع زیادی دارند.

کاربردهای سختی گیر رزینی

کاربرد سختی گیرها رزینی معمولاً برای مصارف صنعتی، شهری و تجاری استفاده می شوند. از کاربردهای سختی گیر می توان موارد زیر را نام برد:

  • آب آشامیدنی
  • آب جبرانی دیگ و رآکتور
  • برج خنک کننده با آب
  • آب با درجه خلوص بالا
  • خشکشویی ها و رستوران های بزرگ
  • حفاظت از عناصر انتقال حرارت و نازل اسپری
  • استفاده در اسمز معکوس و یا سیستم دیونیزه
  • تصفیۀ فاضلاب
  • بازسازی آب

فروش مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب

شرکت دکتر کمیکال تامین کننده انواع مواد شیمیایی مودنیاز صنعت تصفیه آب و فاضلاب  می باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه خرید مواد شیمیایی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.

زمان تعویض رزین

زمان تعويض رزين به عوامل زير بستگي دارد:

  • دلیل اول تعویض رزین، مجاورت آنها با آب شهری کلردار است. بعد از تقریباً ۱۰ سال، رزین شکسته می شوند و بسیار تکه تکه می شوند که فشار آب را درون مخزن محدود می سازند. در صورت خرابی bottom distributer صفحه ای است که در خروجی زیر لایه سیلیس قرار داده می شود و روی آن ناز لهای برنجی بوده که آب را از خود عبور داده و به خروجی هدایت م یکند، این صفحه مانع از خروج سیلیس و رزین از سیستم شده و آب تمیز عبوری از لایه را به سیستم تزریق می کند. می بایست آن را بازدید و در صورت نیاز برای تعمیر و یا تعویض آن اقدام نمود.
  • زمانی است که رزین ها با رشد جلبک های درون مخزن آلوده شده باشند. این موضوع معمولاً قابل رؤیت است و در مخزن هایی روی می دهد که در محیط بیرونی نصب شده اند.
  • مقدار قابل توجهی شن درون مخزن باشد، به دلیل وجود آب چاه این مشکل پیش می آید و به همین دلیل همیشه توصیه شده است که یک فیلتر رسوب زدا قبل از ورود آب به سخت یگیر وجود داشته باشد. شن موجود در بستر رزین باعث خواهد شد تا فشار آب ضعیفی داشته باشید. تنها راه حل این مشکل، بیرون آوردن رزین و شن درون مخزن است. گاهی جایگزینی رزین جدید از جداسازی شن از رزین قدیمی بسیار برای شما راحت تر است.
  • هنگامی که یک مخزن رزین برای ماه ها و یا سال ها بلا استفاده می ماند و یا بوی تندی از رزین ها تشخیص داده می شود، زمانی است که باید رزین را تعویض کنید. شما می توانید با محلول کلر ضعیف، رزین ها را تمیز نمایید ولی باید رزین ها را خارج کنید و با محلول کلر قوی، مخزن را تمیز کنید و سپس از رزین های جدید استفاده کنید.
  • رزین هایی که توسط آهن و یا مواد آلی از بین رفته اند را می توان با اضافه کردن محلول پاک کنندۀ رزین با دوز بالا (اسید سیتریک و یا سفیدکننده) تمیز کرد. البته تعویض همیشه جواب خواهد داد.

بازیابی رزین ها

اصولأ رزین ها پس از مبادله جهت کاربرد دوباره بازیابی می شوند. براي این منظور محلول هاي مناسبی به کار می رود. این محلول ها نسبت به کاربردشان متفاوت هستند. مثلأ براي بازیابی رزین هیدروژنی(کاتیونی قوي که در صنعت معمولأ زئولیت هیدروژنی خوانده می شود ) از محلول %۲- %۶ اسید سولفوریک استفاده می شود. در حالیکه در کار آزمایشگاهی اسید نیتریک سه نرمال به کار می رود.

دیونیزه کردن

سیستم های دیونیزه کننده بر اساس برداشتن یون های معدنی موجود در آب عمل می کند. این کار با استفاده از رزین های جذب و تعویض یونی (resins exchange Ion) انجام می شود. سیستم های دیونیزه کننده نیاز به منبع انرژی نداشته و ارزان و ساده است. رزین های تعویض یونی قادر به جدا کردن ناخالصی های آلی و تهیه آب استریل نیست و آب دیونیزه حاصله ممکن است دارای ناخالصی هایی مثل ذرات سلیس، آهن یا غیره بوده و حاوی باکتری باشد. سیستم های دیونیزه کننده شامل رزین های نامحلول کاتیونی و آنیونی به صورت جداگانه یا مخلوط آنها است. این رزین ها در ستون های خاصی بسته بندی شده است که پس از استفاده و اشباع شدن (از نظر یون ها) قابل تجدید (Regeneration) است. برای تهیه آب دیونیزه، آب شیر به درون ستون های حاوی رزین وارد می شود. این رزین ها، الکترولیت های H+و OH–خود تعویض محلول در آب را با یون های می کنند. میزان هدایت(مقاومت) الکتریکی آب دیونیزه حاصله را می توان با دستگاه سنجش هدایت الکتریکی meter) (Conductivity در مسیر آب خروجی اندازه گیری کرد. درصورتی که هدایت الکتریکی آب حاصله کمتر از ۲ میکروزیمنس بر سانتی متر (cm/μS) باشد، آب حاصله داری کیفیت مناسبی است به نوعی به آب دارای هدایت الکتریکی کمتر از ۲ میکروزیمنس، آب فوق خالص نیز می گویند (Ultrapure water) .البته الزم به ذکر است که حداکثر خلوص آب از نظر هدایت الکتریکی تا ۰٫۰۵۶ میکرو زیمنس می تواند برسد. غالبا در زمان کنترل آب خالص به جای محاسبه هدایت الکتریکی، از واحد مقاومت الکتریکی که بر حسب مگا اُهم و معکوس میکروزیمنس است استفاده می شود. به این ترتیب مقاومت الکتریکی آب فوق خالص با هدایت الکتریکی ۰٫۰۵۶ میکروزیمنس حدود ۱۸ مگا اهم است. چنانچه میزان هدایت الکتریکی آب خروجی بیشتر از ۲ میکروزیمنس باشد رزین ها قابل مصرف نبوده و باید احیا شوند.

مقالات مرتبط