رزین تبادل یونی

کیفیت آب تصفیه شده توسط رزین تبادل یونی :

همانطور که می دانید رزین تبادل یونی با در برداشتن آنیون و کاتیون ، یونهای مثبت و منفی موجود در سیالاتی از قبیل آب را که منجر به سختی شده است را حذف می کند. رزین های تبادل یونی بعد از مدتی اشباع می گردد و نیاز به بازسازی دارند. در چرخه بازسازی یونهای مثبت و منفی که با استفاده از نیروی جذب آنیون ها و کاتیون ها شده اند از آن حذف می گردد. اما در این قسمت می خواهیم به کیفیت آب تصفیه شده با استفاده از رزین تبادل یونی بپردازیم. در پایان یک بازسازی همزمان، آب تصفیه شده از لایه زیرین رزین احیا شده خارج می شود، در حالی که در جریان مخالف، منطقه خروجی بهترین لایه بازسازی شده است. در همان زمان، آلاینده‌ها در پایین ستون با اثر خودبازسازی، به‌ویژه در شروع چرخه، به آب تصفیه‌شده می‌ریزند. در یک جریان متقابل، تمام یون های لایه رزین بلافاصله حذف می شوند. قطعا یک نشت معمولی از یونهای سخت در داخل سختی گیر وجود دارد که در مرحله تخلیه اندازه گیری می گردد که نشان دهنده نشت کلسیم در نرم شدن یا سیلیس در دمینرالیزاسیون است. نشتی‌های به‌دست‌آمده از بازسازی جریان متقابل عموماً بسیار کم و مستقل از مقدار احیاگر استفاده شده است. در عین حال، نشتی کم نیاز به مصرف زیاد عامل کاهنده دارد.

مراحل بازسازی رزین کاتیونی و آنیونی :

یک روش کلی برای بازسازی رزین در یک مخزن یا ستون پلی شیشه ای پیشنهاد می کند:

بستر رزین را با یک جت آب رو به بالا (فقط جریان همزمان!) بشویید تا مواد معلق انباشته شده روی سطح بستر را از بین ببرید. پرکننده رقیق کننده درجه آب را معرفی کنید. توان بازسازی کم است، بنابراین زمان تماس معمولاً 20-40 دقیقه است. احیا کننده را با آب رقیق شده با همان سرعت جریان حرکت دهید. بستر رزین را با آب تمیز بشویید تا به کیفیت آب تصفیه شده مورد انتظار دست یابید.

این روش برای اکثر سیستم های تبادل یونی تک رزین مانند نرم کردن، کربن زدایی یا حذف نیترات معتبر است. در دمینرالیزاسیون رزین سختی گیر کاتیونی ابتدا با اسید قوی و سپس رزین سختی گیر آنیونی با سود سوزآور بازسازی می شود. هر دو مبدل رزینی همچنین می توانند به طور همزمان بازسازی شوند.

انواع و غلظت عوامل کاهنده :

کلرید سدیم (NaCl) معمولاً برای بازسازی رزین های اسیدی بالا استفاده می شود که در نرم کننده آب و رزین های قلیایی قوی برای حذف نیترات استفاده می شود. در نرم شدن، زمانی که وجود سدیم در محلول تیمار شده نامطلوب باشد، می توان از کلرید پتاسیم (KCl) نیز استفاده کرد.

کلرید آمونیوم (NH 4 Cl) همچنین می تواند در برخی از فرآیندهای تصفیه میعانات بسیار داغ استفاده شود. در طول حذف نیترات، رزین های قلیایی قوی را می توان با ترکیبات دیگری که یون های کلرید تولید می کنند، مانند اسید هیدروکلریک (HCl) بازسازی کرد.

در فرآیند جداسازی - اولین گام در یک دمینرالیزاسیون - رزین اسید بالا (SAC) باید با یک اسید قوی بازسازی شود. رایج ترین عوامل کاهنده اسید هیدروکلریک و اسید سولفوریک هستند. اسید کلریدریک (HCl) بسیار موثر است و در بستر رزین رسوب تولید نمی کند. اسید سولفوریک (H 2 SO 4) حمل و نقل و ذخیره سازی آسان تر و گاهی ارزان تر است، اما کارایی آن کمتر از اسید هیدروکلریک است: ظرفیت مفید رزینSACکمتر است. علاوه بر این، غلظت آن باید دقیقاً تنظیم شود تا از رسوب سولفات کلسیم در رزین جلوگیری شود. پس از رسوب بر روی ستون، حل مجددCaSO4بسیار دشوار است.

اسید نیتریک (HNO 3) نیز حداقل در اصل می تواند مورد استفاده قرار گیرد، اما توصیه نمی شود زیرا می تواند باعث واکنش های بسیار گرمازا، حتی انفجار شود. بنابراین، اسید نیتریک را باید خطرناک دانست. اگر می خواهید از اسید نیتریک استفاده کنید، لطفا با من تماس بگیرید تا جزئیات بیشتری به شما بدهم.

در کربن زدایی، بازسازی رزین اسید ضعیف (WAC) با اسید هیدروکلریک (HCl) ترجیح داده می شود. برای جلوگیری از رسوب سولفات کلسیم باید از اسید سولفوریک در غلظت های بسیار کم (<0.8٪) استفاده شود. بنابراین مقدار آب رقیق شده بسیار زیاد است. سایر اسیدهای ضعیف تر نیز می توانند رزین هایWACرا بازسازی کنند.

در دمینرالیزاسیون، رزین‌های بسیار قلیایی همیشه با سود سوزآور (NaOH) بازسازی می‌شوند، اگرچه پتاس سوزآور (هیدروکسید پتاسیمKOH) گزینه دیگری است، اما معمولاً گران‌تر است.

رزین‌های کم پاک‌سازی (WBA) معمولاً با سود سوزآور بازسازی می‌شوند، اما می‌توان از سایر پایه‌های ضعیف‌تر استفاده کرد:

آمونیاک (NH 4 OH)

کربنات سدیم (Na2CO3)

شیر آهک (هیدروکسید کلسیم،Ca(OH)2) به صورت سوسپانسیون

به طور کلی، رزین هایWAC(اسید ضعیف) را می توان با اسیدی کهpKaکمتری نسبت به خود رزین دارد، بازسازی کرد.pKaاکثر رزین هایWAC 4.4تا 4.8 هستند. اسید استیک (pK 4.8) فقط می تواند این رزین ها را بازسازی کند، اسید سیتریک موثر است، اما اسید کربنیک (CO 2،pK 6.4) بی فایده است. با این حال، در بیشتر موارد ازHClیاH2SO4ارزانتر استفاده می شود. به طور کلی، رزین هایWBAرا می توان با یک قلیایی کهpKaبالاتری نسبت به خود رزین دارد، بازسازی کرد.pKa WBAها برای استایرن تقریباً 8.5 و برای اکریلیک ها 9.5 است. سپس آمونیاک (pK 9.3) می تواندWBAهای استایرن را بازسازی کند. با این حال، در بیشتر موارد ازNaOHاستفاده می شود که ارزان تر و آسان تر است. رزین هایSAC(بسیار اسیدی) وSBA(بسیار قلیایی) فقط با یک اسید قوی یا یک باز قوی قابل بازسازی هستند.

غلظت های رایج عبارتند از:

NaCl(نرم کننده و دفع کننده نیترات): 10%

هیدروکلراید (کربن زدایی، کربن زدایی و دمینرالیزاسیون): 5%

NaOH(دمینرالیزاسیون): 4%

H 2 SO 4: در رزین های شدیدا اسیدی، غلظت اسید سولفوریک باید با دقت بین 0.7 تا 6 درصد بسته به میزان کلسیم آب خام (که در رزین یکسان است) تنظیم شود. در رزین های اسیدی ضعیف، غلظت معمولاً 0.7٪است. غلظت های خیلی زیاد می تواند منجر به رسوب سولفات کلسیم شود.

با رزین های اسید قوی (SAC)، بازسازی معمولاً در چند مرحله با غلظت های پیشرونده انجام می شود. با غلظت کم اسید سولفوریک شروع کنید و پس از خارج کردن یون های کلسیم بیشتر، غلظت بیشتری را اعمال کنید. مرحله سوم گاهی اوقات با غلظت های بالاتر نیز اعمال می شود. غلظت اول معمولاً بین 1 تا 2 درصد و غلظت دوم دو برابر آن است. به این ترتیب می توان حجم آب رقیق شده را کاهش داد، بازسازی آن را کارآمدتر و ظرفیت مفید آن را افزایش داد.

در برخی موارد، از نقاط قوت مختلف از استحکام بالا، اغلب کمتر، به ندرت بیشتر استفاده می شود.

تبادل یونی چیست؟

تبادل یونی توسط یک پلیمر به شکل کره های کوچکی انجام می شود که قادر به تبادل یون های خاص با یون های دیگر در محلولی است که از آن عبور می کنند. این کره های ژل مصنوعی "رزین های تبادل یونی" نامیده می شوند. این ظرفیت تبادل در سیستم های طبیعی مختلف مانند خاک و سلول های زنده نیز یافت می شود. رزین های مصنوعی نه تنها برای تصفیه آب بلکه برای کاربردهای مختلف دیگر از جمله جداسازی عناصر خاص استفاده می شوند.

در تصفیه آب، هدف اصلی نرم کردن آب یا حذف محتوای معدنی است. آب با استفاده از رزین حاوی کاتیون های سدیم (Na+) نرم می شود و با کلسیمCa2+ و منیزیمMg2+ (سختی): تبادل یونی مبادله می شود.

با عبور آب از رزین، جذبCa 2+ وMg 2+ افزایش می یابد تا زمانی که رزین اشباع شود، در این زمان رزین باید دوباره تولید شود و باNa+ شارژ شود.

فرآیند تبادل یونی :

فرآیندهای با استفاده از تبادل یونی به شرح زیر است:

• نرم کننده آب (حذف سختی)
• قلیایی شدن (حذف کربنات ها)
• ساختارشکنی (حذف تمام کاتیون ها)
• دمینرالیزاسیون (حذف تمام یون ها)
• بستر مخلوط (نیترات و دمینرالیزاسیون)
• حذف فلزات

انواع رزین به طور کلی به شرح زیر است:

SAC: رزین تبادل کاتیونی قوی

WAC: رزین تبادل کاتیونی ضعیف

SBA: رزین تبادل آنیون پایه قوی

AMB: رزین تبادل آنیون پایه ضعیف

بازخورد :

رزینSACبا یک اسید قوی (HClیاH 2 SO 4) بازسازی می شود.

R-Na+H+ ->RH+Na+

و رزینSBAبا یک قلیایی قوی (NaOHیاKOH) بازسازی می شود.

RSBA-Cl + OH - ->RSBA-OH + Cl –

بازسازی جداگانه :

بازسازی به طور جداگانه بر روی هر رزین انجام می شود، به این معنی که عامل احیا کننده ابتدا از یک رزین قوی عبور می کند که نیاز به احیا کننده اضافی دارد، و بازسازی کننده ای که توسط یک رزین قوی استفاده نمی شود، به طور کلی برای بازسازی یک رزین ضعیف، بدون دوز اضافی کافی است. رزین های کاتیونی با اسید قوی، ترجیحاً اسید هیدروکلریکHCl،H 2 SO 4بازسازی می شوند، زیرا می تواند کلسیم را رسوب دهد. رزین های آنیونی با سود سوزآور بازسازی می شوند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در ارتباط با رزین سختی گیر به وب سایت سازآب مراجعه نمایید.