کاهش سختی با تبادل یونی

طبقه بندی رزین های تبادل یونی یونهای تبادل رزینی

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 انواع مبادله کننده یون رزين را یونهای تبادل رزینی مشخص ميكنند. رزينهاي کاهش سختی با تبادل یونی صنعتي، در تصفيه آب به چهار دسته تقيسيم ميشوند:

·       كاتيوني کاهش یونها با رزین یونهای تبادل رزینی اسيدي قوي(SAC)

·       كاتيوني اسيدي ضعيف(WAC)

·       آنيوني بازي قوي(SBA)

·       آنيوني بازي ضعيف(WBA)

رزينهاي SAC قادرند بازهاي قوي تبادل یونی با رزین را خنثي نموده و نمكهاي خنثي را به اسيدهاي اقسام رزین تبادل یونی 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 قوی و يا نمكزدايي كامل آب، به كار گرفته ميشوند.

رزينهاي SAC وقتي براي نمك زدايي به كارگرفته کاهش سختی با تبادل یونی ميشوند با استفاده از گروه فعال (HSO3) كليه كاتيونهاي آب خام را حذف نموده و با يون هيدروژن جايگزين انواع رزین تبادل یونی تصفیه رزینی 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 اقسام رزین تبادل یونی محدودههاي PH عملكرد خوبي دارند. اين رزينها دامنه وسيعي از كاربردها را پيدا كردهاند، به عنوان مثال در رزینهای مبدل قوی حالتي كه به صورت سيكل سديم هستند (سديم به عنوان يون متحرك) براي سختي زدايي و در حالتي كه سيكل هيدروژني اقسام رزین تبادل یونی دارند براي كاتيون زدايي به كار ميروند.

رزينهاي تبادل كننده يوني از نوع كاتيوني اسيدي ضعيف، تصفیه رزینی 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 تبادل یونی با رزین پذيرند و اجازه ميدهند WAC را پس از اشباع به حالت احيا شده باز گرداند.

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

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

رزينهاي SBA فعاليت خود را مديون گروههاي فعال آمونيوم چهار ظرفيتي هستند. دو نوع از گروههاي رزینهای مبدل قوی آمونيوم چهار ظرفيتي با نامهاي نوع (I) و نوع (II) به كار برده ميشوند. نوع (I) مواضعي با سه گروه رزینهای مبدل ضعیف متيل دارد:

CH3      اقسام رزین تبادل یونی تصفیه رزین یونی 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 رزینهای مبدل قوی را حذف نمايد رزين نوع (II) بازده احياي بالاتري داشته و ظرفيت بالاتري براي مقدار مشابه مواد شيميايي گروه های کربوکسیلیک احيا كننده دارد.

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

همانند رزينهاي كاتيوني، اين واكنش نيز تصفیه رزینی برگشت پذير است و اين امكان را به وجود ميآورد كه رزين با يك باز قوي مثل سود، احيا شده و به شكل و اقسام رزین تبادل 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 تبادل یونی با رزین يا آمونياك احيا ميشوند. رزينهاي WBA نسبت به رزينهاي SBA در مقابل آلودگيهاي آلي كه در بيشتر آبهاي آشاميدني رزینهای مبدل ضعیف وجود دارند مقاومترند. آنها را ميتوان در بالادست رزينهاي SBA براي بالابردن كارايي احيا و همچنين تصفیه رزین یونی حفاظت از رزينهاي SBA به كار برد.

 

 بخش‌های دیگر