رزین تبادل چیست
رزین تبادل یونی
پدیده رزین تبادل یونی برای اولین بار در اواسط قرن هجدهم به دنبال مشاهده توانایی خاک های کشاورزی در تبادل و استفاده از برخی یون ها مانند آمونیوم با یون های کلسیم و منیزیم موجود در ساختار آنها مشاهده شد. در سال 1870، چندین آزمایش ثابت کرد که برخی از کانی های طبیعی، به ویژه زئولیت ها، توانایی تبادل یون را دارند.
اما این مواد کمبودهایی داشتند. این زئولیت‌ها تنها توانستند کلسیم و منیزیم محلول در آب را جایگزین یون سدیم کنند و آنیون‌هایی مانند سولفات، کلرید و سیلیکات‌ها بدون تغییر باقی می‌مانند که واضح است که چنین آبی برای همه صنایع مطلوب نیست. پس از تحقیقات در اواسط دهه 1930 در هلند، زئولیت هایی ساخته شدند که به جای سدیم فعال، هیدروژن فعال داشتند. این زئولیت ها که به مبدل های کاتیونی هیدروژنی معروف هستند حاوی سیلیس نیستند و علاوه بر آن قادرند به طور همزمان سختی آب را حذف کرده و قلیایی آب را کاهش دهند.
برای بهبود صنعت تصفیه آب، رزین های تبادل آنیونی توسعه یافتند. رزین های آنیونی تمام آنیون های آب از جمله سیلیس را حذف می کنند و محققان دریافتند که سیلیکات آلومینیوم موجود در خاک قادر به تبادل یون است. این نتیجه با تهیه ژل سیلیکات آلومینیوم از ترکیب محلول سولفات آلومینیوم و سیلیکات سدیم به اثبات رسید. بنابراین اولین رزین مصنوعی که ساخته شد سیلیکات آلومینیوم بود. و امروزه بیشتر رزین های تبادل یونی مورد استفاده در تصفیه آب، رزین های مصنوعی هستند که از پلیمریزاسیون ترکیبات آلی به دست می آیند.
رزین های متعادل کننده یون ذرات جامدی هستند که می توانند یون های نامطلوب در محلول را با مقدار معادلی از یون های مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین های تبادل یونی دارای بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی هستند به طوری که از نظر الکتریکی خنثی هستند. متعادل کننده ها با محلول های الکترولیت تفاوت دارند زیرا تنها یکی از دو یون متحرک و قابل تعویض است. به عنوان مثال، یک مبدل کاتیونی سولفونیک دارای سایت های آنیونی غیر متحرک است که شامل رادیکال های آنیون SO2-3 است که یک کاتیون متحرک مانند H+ است. یا Na + به آن هستند.
این کاتیون‌های متحرک می‌توانند در یک واکنش تبادل یونی شرکت کنند، به همین ترتیب یک مبدل آنیون دارای نقاط کاتیونی بی‌حرکتی است که آنیون‌های متحرک مانند -Cl یا -OH به آنها متصل هستند. در نتیجه تبادل یونی، کاتیون ها یا آنیون های موجود در محلول با کاتیون ها و آنیون های موجود در رزین مبادله می شوند، به طوری که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی می مانند. در اینجا با تعادل جامد-مایع بدون حل شدن جامد در محلول سروکار داریم. برای اینکه یک مبدل یون جامد مفید باشد، باید شرایط زیر را داشته باشد:
در مورد رزین های کاتیونی، هر دانه رزین با آنیون غیر متحرک و یون H + متحرک را می توان قطره ای از اسید سولفوریک با غلظت 25 درصد فرض کرد. این قطره در غشایی قرار دارد که فقط کاتیون ها می توانند از آن عبور کنند.
رزین تبادل یونی تبادل یون بین دو الکترولیت یا بین محلول الکترولیت و یک ترکیب است. در بیشتر موارد، این اصطلاح به فرآیندهای خالص سازی، جداسازی و ضدعفونی محلول های آبی و سایر محلول های حاوی یون با پلیمر جامد یا کانی تبادل یونی اشاره دارد. مبدل های یونی رایج عبارتند از: رزین های تبادل یونی، زئولیت ها، مونت موریلونیت ها، رس ها و رس ها.
رزین‌های تبادل یونی ذرات جامدی هستند که یون‌های نامطلوب در آب را با مقداری معادل یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین می‌کنند.
انواع رزین تبادل یونی
رزین های تبادل یونی مورد استفاده در تصفیه آب به سه دسته اصلی آنیونی، کاتیونی و رزین های بد مخلوط تقسیم می شوند.
رزین های آنیونیک
رزین های آنیونیک یکی از انواع رزین های تبادل یونی هستند. این نوع رزین ها در ساختار خود دارای OH- هستند. در نتیجه یون های دیگر را دارای بار منفی می کنند و آنها را جذب می کنند.
رزین های آنیونی به دو دسته قوی و ضعیف تقسیم می شوند.
رزین های آنیونی قوی
رزین های آنیونی قوی قادرند تمام آنیون های موجود در آب را جذب کنند.
رزین های آنیونی ضعیف
رزین های آنیونی ضعیف می توانند آنیون اسیدهای قوی مانند اسید نیتریک، هیدروکلریک و سولفوریک موجود در آب را جذب کنند. این نوع رزین ها مقاومت بیشتری دارند به همین دلیل در سیستم تصفیه آب کاربرد بیشتری دارند.
رزین های کاتیونی نیز به دو دسته قوی و ضعیف تقسیم می شوند.
رزین های کاتیونی قوی
این نوع رزین ها قادرند تمام کاتیون های موجود در آب را جذب کنند.
رزین های کاتیونی ضعیف می توانند کاتیون های مرتبط با قلیایی بودن آب را جذب کنند. این رزین ها نمی توانند تمام کاتیون های موجود در آب را جذب کنند. مزیت رزین کاتیونی ضعیف نسبت به رزین کاتیونی ضعیف، راندمان بالای رزین های کاتیونی ضعیف است. به دلیل راندمان بالای این نوع رزین، در بازسازی های مکرر ضایعات کمتری تولید می شود.
بازسازی رزین های کاتیونی توسط اسید انجام می شود
رزین را مخلوط کنید
نوع دیگری از رزین های تبادل یونی رزین های بد میکس هستند.
رزین های مخلوط بد مخلوطی از رزین های آنیونی و کاتیونی هستند