تبادل یونی با رزین

طبقه بندی رزین های تبادل یونی رزینهای مبدل قوی

رزینهای تبادل یونی یا مبدل های یونی یکی از فرایندهای با سابقه در صنعت تصفیه آّب به شمار می رود. ولی طراحی و انتخاب رزین مناسب برای کاربردهای مختلف و همچنین نحوه نگهداری آن نیازمند تخصص مهندسی و تجربه است. شرکت مهندسی فران ارائه کننده خدمات متنوع در زمینه طراحی، تأمین و نگهداری از واحدهای تبادل یونی در صنایع مختلف می باشد.

طبقه بندي رزينهاي تبادل يوني

گروههاي يونيزه شوندهاي كه بر روي دانههاي رزين چسبيدهاند، توانايي گروهاي فعال کاهش سختی با تبادل یونی رزين را کاهش سختی با تبادل یونی مشخص ميكنند. رزينهاي انواع رزین تبادل یونی صنعتي، در تصفيه آب به چهار دسته تقيسيم ميشوند:

·       كاتيوني یونهای تبادل رزینی یونهای تبادل رزینی اسيدي قوي(SAC)

·       كاتيوني اسيدي ضعيف(WAC)

·       آنيوني بازي قوي(SBA)

·       آنيوني بازي ضعيف(WBA)

رزينهاي SAC قادرند بازهاي قوي تصفیه رزینی را خنثي نموده و نمكهاي خنثي را به اسيدهاي رزینهای مبدل ضعیف معادلشان تبديل نمايند.

رزينهاي SBA قادرند اسيدهاي قوي را خنثي كنند و نمكهاي خنثي را به باز مربوط تبديل نمايند.

اين رزينها در بسياري از كاربردهاي سختي زدايي رزینهای مبدل ضعیف و يا نمكزدايي كامل آب، به كار گرفته ميشوند.

رزينهاي SAC وقتي براي نمك زدايي به كارگرفته انواع رزین تبادل یونی ميشوند با استفاده از گروه فعال (HSO3) كليه كاتيونهاي آب خام را حذف نموده و با يون هيدروژن جايگزين کاهش یونها با رزین کاهش سختی با تبادل یونی ميكنند.  

واكنش تبادلي برگشت پذير است. در زماني كه ظرفيت تبادل تقليل پيدا كند، رزين را ميتوان با يك اسيد معدني دوباره احيا كرد.

تبادل كنندههاي يوني از نوع كاتيوني اسيدي قوي در كليه انواع رزین تبادل یونی محدودههاي PH عملكرد خوبي دارند. اين رزينها دامنه وسيعي از كاربردها را پيدا كردهاند، به عنوان مثال در انواع مبادله کننده یون حالتي كه به صورت سيكل سديم هستند (سديم به عنوان يون متحرك) براي سختي زدايي و در حالتي كه سيكل هيدروژني رزینهای مبدل قوی دارند براي كاتيون زدايي به كار ميروند.

رزينهاي تبادل كننده يوني از نوع كاتيوني اسيدي ضعيف، انواع مبادله کننده یون فعاليت خود را مديون گروه كربوكسيليك (-COOH) هستند. در زماني كه در سيكل هيدروژني عمل ميكنند رزينهاي كاتيوني را كه با قلياييت جمع شدهاند حذف كرده و اسيدكربنيك توليد ميكنند:

اين واكنشها نيز برگشت اقسام رزین تبادل یونی پذيرند و اجازه ميدهند WAC را پس از اشباع به حالت احيا شده باز گرداند.

رزينهاي WAC قادر نيستند تا گروه های کربوکسیلیک كليه كاتيونها را بيشتر آبها حذف كنند. نقطه قوت اين رزينها، بازده بالاي احياي اين رزينها در مقايسه تبادل یونی با رزین با رزينهاي SAC است. اين بازده بالا مقدار اسيد مورد نياز براي احياي رزين را كاهش ميدهد و بنابراين رزینهای مبدل قوی مشكلات مربوط به اسيد دورريز را به حداقل ميرساند.

رزينهاي كاتيوني اسيدي ضعيف در مرحله اوليه تصفيه و انواع مبادله کننده یون به همراه رزينهاي كاتيوني قوي كه داري سيكل سديم هستند براي سختي زدايي و قلياييت زدايي آبهايي كه قلياييت تصفیه رزینی و سختي زيادي دارند به كار ميروند. در سيستمهاي نمك زدايي كامل استفاده از WAC و SAC به صورت توأم تصفیه رزینی مجموع مزايايي بازده و صرفه اقتصادي بالاي استفاده از WAC و توانايي زياد تبادل يوني SAC را در بر خواهد تصفیه رزینی داشت.

رزينهاي SBA فعاليت خود را مديون گروههاي فعال آمونيوم چهار ظرفيتي هستند. دو نوع از گروههاي مبادله یونی رزین آمونيوم چهار ظرفيتي با نامهاي نوع (I) و نوع (II) به كار برده ميشوند. نوع (I) مواضعي با سه گروه اقسام رزین تبادل یونی متيل دارد:

CH3      تبادل یونی با رزین رزینهای مبدل ضعیف رزینهای مبدل ضعیف                                                                                            

(R – N – CH3)+                                                                                                         

CH3                                                                                                                        

در نوع (II) يك گروه متيل با گروه اتانول جايگزين شده است. رزين نوع (I) پايداري بيشتري از رزين نوع (II) داشته و قادر است اسيدهاي ضعيف يونيزه شده بيشتري کاهش سختی با تبادل یونی را حذف نمايد رزين نوع (II) بازده احياي بالاتري داشته و ظرفيت بالاتري براي مقدار مشابه مواد شيميايي تبادل یونی با رزین احيا كننده دارد.

در حالت هيدروكسيدي، رزينهاي SBA كليه آنيونهايي را كه عموماً به حساب آورده ميشوند تبادل یونی با رزین و به ترتيبي كه در زير نشان داده شده است حذف ميكنند:

همانند رزينهاي كاتيوني، اين واكنش نيز کاهش یونها با رزین برگشت پذير است و اين امكان را به وجود ميآورد كه رزين با يك باز قوي مثل سود، احيا شده و به شكل و تصفیه رزین یونی حالت هيدروكسيدي باز گردد. فعاليت رزينهاي بازي ضعيف از گروهاي آمينهاي نوع اول (R-NH2)، نوع دوم (R-NH-R) و نوع سوم (R-N-R2) ناشي ميگردد. رزينهاي (WBA) به راحتي، اسيد سولفوريك، اسيدنيتريك و اسيد هيدروكلريك کاهش سختی با تبادل یونی را با حذف ميكنند.

 رزينهاي WBA مشخصههاي كارايي مشابهي با رزينهاي WAC دارند و با سود انواع مبادله کننده یون يا آمونياك احيا ميشوند. رزينهاي WBA نسبت به رزينهاي SBA در مقابل آلودگيهاي آلي كه در بيشتر آبهاي آشاميدني انواع مبادله کننده یون وجود دارند مقاومترند. آنها را ميتوان در بالادست رزينهاي SBA براي بالابردن كارايي احيا و همچنين انواع مبادله کننده یون حفاظت از رزينهاي SBA به كار برد.

 

 بخش‌های دیگر