رزین تبادل یونی – سازوکار تبادل یون
رزین تبادل یونی یا در واقع تبادل یون یک واکنش برگشت‌پذیر است که در آن یک یون باردار در آب یا فاضلاب توسط یک یون باردار مشابه که به‌صورت الکترواستاتیک به ذره جامد ثابت متصل است، جابه‌جا می‌شود.
رزین های تبادل یونی
رزین توسط پلیمریزاسیون ترکیبات آلی به شکل ماتریس متخلخل تولید می‌شود. معمول‌ترین ماتریس رزین پلیمری شامل پلی‌استایرن شبکه‌ای می‌باشد که گروه‌های عاملی باردار به‌وسیله پیوند کووالانسی به آن متصل شده‌اند. ترکیب دی وینیل بنزن (DVB) به‌عنوان ترکیب شبکه ساز باعث ایجاد پیوندهای عرضی بین مولکول‌های استایرن می‌شود. پیوندهای عرضی ایجاد شده توسط دی وینیل بنزن منجر به پایداری بیشتر رزین می‌شود؛ ولی سرعت تعویض یون رو کاهش می‌دهد.
رزین‌های تعویض یون کاتیونی محتوی یون‌های مثبت جابه‌جا شونده مثل و می‌باشند. این یون‌ها به گروه‌های عاملی اسیدی غیر جابه‌جا شونده نظیر گروه‌های سولفونیک و کربوکسیلیک متصل می‌باشند.
دانه‌های رزین که به‌صورت معمول از پتاسیم و یا سدیم پوشانده شده‌اند با عبور آب سخت از روی این رزین، یون منیزیم و کلسیم جایگزین سدیم و پتاسیم می شوند. پس از شست‌وشوی رزین (Back wash) با عبور از روی آب‌نمک درون تانک نمک، دوباره خاصیت خود را به دست می‌آورد. به‌عبارت‌دیگر سدیم و پتاسیم دوباره احیا می‌گردند.
در تمامی سیستم‌های سختی گیر با رزین واجب است که به‌صورت دوره‌ای، رزین شست‌وشو معکوس صورت بگیرد. اما در بعضی از سختی گیرهای جدید این عمل به‌صورت خودکار صورت می‌گیرد. 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 می‌تواند ارتقا یابد.
متداول‌ترین رزین مورداستفاده در سختی گیرهای صنایع غذایی، رزین پرو لایت C100E است. رزین های تبادل یونی جایگزین مناسب‌تر و قابل‌انعطاف‌تری نسبت به زئولیت‌های طبیعی یا مصنوعی هستند. همچنین، رزین‌های تبادل یون در فرایند تصفیه بیودیزل بسیار مؤثر هستند.
رزین‌های تبادل یون
بیشتر بخوانید: رزین اکریلیک
رزین تبادل یونی تصفیه آب
بیشترین کاربرد تعویض یون در تصفیه آب برای سختی‌گیری آن است که در آن کلسیم و منیزیم و سایر کاتیون‌های چند ظرفیتی به‌جای سدیم جایگزین می‌شوند. تبادل یون همچنین برای حذف آلاینده‌های خاص مانند آرسنیک، باریم، نیترات و … استفاده می‌شود.
انواع رزین از نظر یون فعال
مشخصات کلی رزین تبادل یونی (Ion Exchange Resin) ماتریس پلیمری حل‌نشدنی است که حاوی یون‌های ناپایدار قادر به تبادل با یون در محیط اطراف است. رزین‌ها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمری رزین به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
| رزین‌های کاتیونی قوی | (SAC) Strong Acidic Cation | Sulfonate |
| رزین‌های کاتیونی ضعیف | (WAC) Weak Acidic Cation | Carboxylate |
| رزین‌های آنیونی قوی | (SBA) Strong Basic Anion | quaternary amine |
| رزین‌های آنیونی ضعیف | (WBA) Weak Basic Anion | tertiary amine |
انواع رزین تعویض یونی
انواع رزین های تبادل یونی
رزین آنیونی و کاتیونی
رزین‌های کاتیونی ضعیف قادر به جذب کاتیون‌هایی هستند که به قلیایی آب مرتبط است و قادر به جذب کلیه کاتیون‌های موجود در آب نیست. مزیت رزین های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آنها در مقایسه با رزین‌های کاتیونی قوی است، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیای مکرر می‌گردد. رزین های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیون‌های موجود در آب است.
رزین‌های آنیونی ضعیف قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی نظیر اسید سولفوریک، کلریدریک و نیتریک است. این رزین‌ها مقاوم‌تر از رزین آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم‌های تصفیه آب کاربرد بیشتری دارند.
از رزین آنیونی و کاتیونی در فرایند تبادل یونی استفاده زیادی می‌شود. رزین‌های آنیونی جذب یون‌های منفی و رزین‌های کاتیونی جذب یون‌های مثبت را بر عهده دارند.
رزین آنیونی دارای یون بوده و آنیون‌های زیر را از آب حذف می‌نماید:
سیلیس – مواد آلی – نیترات – کلراید – سولفات – بی‌کربنات – کربنات.
رزین کاتیونی ضعیف:
دارای یون بوده و کاتیون‌های زیر را از آب حذف می‌نماید:
کلسیم – منیزیم – منگنز – آهن – پتاسیم – سدیم.
سختی گیر رزینی
سختی گیر رزینی چیست؟
ساختمان سختی گیر رزینی متشکل از یک مخزن استوانه ایستاده، از ورق فولادی و یا مواد پلی‌پروپیلن است که در داخل آن رزین تبادل یونی، قرار داده شده است. این رزین‌ها بر اساس جایگزینی یون‌های سخت آب مانند کلسیم و منیزیم با اتم‌های سدیم، آب سخت را به آب نرم تبدیل می‌نمایند. در سیکل کاری دستگاه آب از بالا وارد شده و پس از گذر از بستر رزین از پایین دستگاه خارج می‌شود.
برای جلوگیری از خروج رزین‌ها در کف دستگاه تعدادی نازل قرار دارد که روی آن را یک بستر سیلیسی پوشانده است. تکنیک تعویض یون، تکنیک بستر ثابت با جریان روبه‌پایین است؛ زیرا رزین در طول عملیات تعویض یون حرکت نکرده و همانند یک بستر و یا ستون محکم می‌ماند و آب در طول رزین حرکت می‌کند.
بالای ستون رزین بیشتر یون‌های آب را می‌گیرد و این روند ادامه داشته تا آنجا که در انتها تمامی یون‌های دریافت شده‌اند. به همین دلیل تا مخزن سختی گیرها برای جلوگیری از فرار یون‌ها به‌صورت ستونی ساخته می‌شوند 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 می‌شوند.
از کاربردهای سختی گیر می‌توان موارد زیر را نام برد:
- آب آشامیدنی
- آب جبرانی دیگ و رآکتور
- برج خنک کننده با آب
- آب با درجه خلوص بالا
- خشک‌شویی‌ها و رستوران‌های بزرگ
- حفاظت از عناصر انتقال حرارت و نازل اسپری
- استفاده در اسمز معکوس و یا سیستم دیونیزه
- تصفیه فاضلاب
- بازسازی آب
برای اطلاعات بیشتر: راه از بین بردن سختی آب
تعویض رزین یون
زمان تعویض رزین یون
زمان تعویض رزین به عوامل زیر بستگی دارد:
- دلیل اول تعویض رزین، مجاورت آنها با آب شهری کلردار است. بعد از تقریباً ۱۰ سال، رزین شکسته می‌شوند و بسیار تکه‌تکه می‌شوند که فشار آب را درون مخزن محدود می‌سازند. در صورت خرابی bottom distributer صفحه‌ای است که در خروجی زیرلایه سیلیس قرار داده می‌شود و روی آن نازل‌های برنجی بوده که آب را از خود عبور داده و به خروجی هدایت می‌کند، این صفحه مانع از خروج سیلیس و رزین از سیستم شده و آب تمیز عبوری از لایه را به سیستم تزریق می‌کند. می‌بایست آن را بازدید و در صورت نیاز برای تعمیر و یا تعویض آن اقدام نمود.
- زمانی است که رزین‌ها با رشد جلبک های درون مخزن آلوده شده باشند. این موضوع معمولاً قابل‌رؤیت است و در مخزن‌هایی روی می‌دهد که در محیط بیرونی نصب شده‌اند.
- مقدار قابل‌توجهی شن درون مخزن باشد، به دلیل وجود آب چاه این مشکل پیش می‌آید و به همین دلیل همیشه توصیه شده است که یک فیلتر رسوب‌زدا قبل از ورود آب به سخت‌گیر وجود داشته باشد. شن موجود در بستر رزین باعث خواهد شد تا فشار آب ضعیفی داشته باشید. تنها راه‌حل این مشکل، بیرون آوردن رزین و شن درون مخزن است. گاهی جایگزینی رزین جدید از جداسازی شن از رزین قدیمی بسیار برای شما راحت‌تر است.
- هنگامی که یک مخزن رزین برای ماه‌ها و یا سال‌ها بلااستفاده می‌ماند و یا بوی تندی از رزین‌ها تشخیص داده می‌شود، زمانی است که باید رزین را تعویض کنید. شما می‌توانید با محلول کلر ضعیف، رزین‌ها را تمیز نمایید؛ ولی باید رزین‌ها را خارج کنید و با محلول کلر قوی، مخزن را تمیز کنید و سپس از رزین‌های جدید استفاده کنید.
- رزین‌هایی که توسط آهن و یا مواد آلی از بین رفته‌اند را می‌توان با اضافه‌کردن محلول پاک‌کنندهٔ رزین با دوز بالا (اسید سیتریک و یا سفیدکننده) تمیز کرد. البته تعویض همیشه جواب خواهد داد.
بازیابی رزین ها
اصولش رزین‌ها پس از مبادله جهت کاربرد دوباره بازیابی می شوند. برای این منظور محلول‌های مناسبی به کار می‌رود. این محلول‌ها نسبت به کاربردشان متفاوت هستند. مثلاً برای بازیابی رزین هیدروژنی (کاتیونی قوی که در صنعت معمولاً زئولیت هیدروژنی خوانده می‌شود) از محلول %۲- %۶ اسیدسولفوریک استفاده می‌شود. درحالی‌که در کار آزمایشگاهی اسید نیتریک سه نرمال به کار می‌رود.
آب دیونیزه
دیونیزه کردن
سیستم‌های دیونیزه کننده بر اساس برداشتن یون‌های معدنی موجود در آب عمل می‌کند. این کار با استفاده از رزین‌های جذب و تعویض یونی (resins exchange Ion) انجام می‌شود. سیستم‌های دیونیزه کننده نیاز به منبع انرژی نداشته و ارزان و ساده است. رزین‌های تعویض یونی قادر به جداکردن ناخالصی‌های آلی و تهیه آب استریل نیست و آب دیونیزه حاصله ممکن است دارای ناخالصی‌هایی مثل ذرات سلیس، آهن یا غیره بوده و حاوی باکتری باشد.
سیستم‌های دیونیزه کننده شامل رزین‌های نامحلول کاتیونی و آنیونی به‌صورت جداگانه یا مخلوط آنها است. این رزین‌ها در ستون‌های خاصی بسته‌بندی‌شده است که پس از استفاده و اشباع شدن (از نظر یون‌ها) قابل تجدید (Regeneration) است. برای تهیه آب دیونیزه، آب شیر به درون ستون‌های حاوی رزین وارد می‌شود.
این رزین‌ها، الکترولیت‌های H+و OH–خود تعویض محلول در آب را با یون‌های می‌کنند. میزان هدایت (مقاومت) الکتریکی آب دیونیزه حاصله را می‌توان با دستگاه سنجش هدایت الکتریکی meter) (Conductivity در مسیر آب خروجی اندازه‌گیری کرد. درصورتی‌که هدایت الکتریکی آب حاصله کمتر از ۲ میکرو زیمنس بر سانتی‌متر (cm/μS) باشد، آب حاصله داری کیفیت مناسبی است به‌نوعی به آب دارای هدایت الکتریکی کمتر از ۲ میکرو زیمنس، آب فوق خالص نیز می‌گویند (Ultrapure water).
البته لازم به ذکر است که حداکثر خلوص آب از نظر هدایت الکتریکی تا ۰٫۰۵۶ میکرو زیمنس می‌تواند برسد. غالباً در زمان کنترل آب خالص به‌جای محاسبه هدایت الکتریکی، از واحد مقاومت الکتریکی که بر حسب مگا اُهم و معکوس میکرو زیمنس است استفاده می‌شود. به‌این‌ترتیب مقاومت الکتریکی آب فوق خالص با هدایت الکتریکی ۰٫۰۵۶ میکرو زیمنس حدود ۱۸ مگا اهم است. چنانچه میزان هدایت الکتریکی آب خروجی بیشتر از ۲ میکرو زیمنس باشد رزین‌ها قابل مصرف نبوده و باید احیا شوند.
شرکت مواد شیمیایی دکتر کمیکال تأمین‌کننده انواع مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب می‌باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه فروش مواد شیمیایی و قیمت با کارشناسان بخش فروش در تماس باشید.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.